WO2018133959A1 - Verfahren und vorrichtung zum drückwalzen - Google Patents

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WO2018133959A1
WO2018133959A1 PCT/EP2017/076444 EP2017076444W WO2018133959A1 WO 2018133959 A1 WO2018133959 A1 WO 2018133959A1 EP 2017076444 W EP2017076444 W EP 2017076444W WO 2018133959 A1 WO2018133959 A1 WO 2018133959A1
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workpiece
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outer roller
region
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PCT/EP2017/076444
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Benedikt Nillies
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Leifeld Metal Spinning Ag
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    • B21D22/14—Spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
    • B21D53/30—Making other particular articles wheels or the like wheel rims

Definitions

  • the invention relates to a method for spin forming, in particular a vehicle wheel, wherein a workpiece by means of a spindle in rotation about a rotation axis and at least one outer roller is delivered by means of an external support on an outer side of the workpiece, wherein formed under material thinning an axially extending jacket region of the workpiece is, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a device for spin forming with a spindle, which is driven by a drive rotating about a rotation axis and designed to hold a workpiece, at least one outer roller which is rotatably mounted on an outer support, which for feeding to the workpiece axially and radially according to the preamble of claim 10.
  • a method for spin forming with increased flexibility in shaping is known from EP 2 210 682 B1.
  • a variable spinning mandrel with a conical outer contour is provided as a spinning chuck.
  • Driven mandrel is arranged concentrically to the axis of rotation.
  • a variable inner diameter can be provided at the respective forming zone.
  • this method is limited to certain inner contours.
  • the invention is based on the invention to provide a method and an apparatus for spin forming, with which a particularly high variety of shapes of workpieces can be generated flexibly and efficiently.
  • the method according to the invention is characterized in that at least one inner roller is delivered to an inner side of the workpiece by means of an inner support is, which is independent of the external support axially and radially movable to the axis of rotation, and that by means of a CNC control of the inner support with the inner roller and the outer support with the outer roller are moved individually, wherein the jacket area a defined wall thickness profile with different wall thicknesses between the at least one outer roller and the at least one inner roller is formed.
  • a basic idea of the invention is to depart from a predetermined spinning tool, which defines a negative mold of an inner contour of the workpiece, and to provide at least one inner roller for forming the inner contour.
  • the inner roller is not moved in a straight line parallel to the outer roller, but the inner roller is mounted on an inner support which is movable independently of the outer support axially and radially to the axis of rotation. It can be produced as a nearly unlimited variety of shapes without conversion of a spinning tool.
  • a CNC control is provided according to the invention and preferably additionally a programming support software, which is used in particular offline on a PC.
  • the inner support with the inner roller and the outer support with the outer roller can be moved independently of each other. It can be set on the inside and the outside of the workpiece, a free contour curve.
  • the effective shaping gap and thus a wall thickness profile can be formed in the axial jacket region of the workpiece to be formed with high freedom of shaping.
  • the term flow-forming rollers in the context of the invention is to be understood broadly and includes not only a forming with a change in wall thickness but also a pressing at a constant wall thickness.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the at least one inner roller and the at least one associated outer roller are moved radially and axially relative to each other for forming the jacket region. In this way, an individual course of the inner contour and outer contour as well as a wall thickness course arranged therebetween can be set almost as desired.
  • the wall thickness is determined by a knowledge of the invention not only by a radial distance of the inner roller to the outer roller.
  • the inner roller or the outer roller can specifically advance or lag the other roller in an axially targeted manner.
  • an abutment function is created in an axial direction, which may be essential for a dimensionally accurate stretching.
  • the workpiece is clamped to the spindle, wherein a free space in a central region remains radially within the jacket region.
  • This jacket region is designed so large that at least one inner roller can be delivered to an inner contour of the jacket region.
  • the workpiece is clamped on one side on the spindle, for example by means of a three- or multi-jaw chuck.
  • Other clamping mechanisms may be used, such as with an axial clamping element or counter-holding element, which is attached to or through a central opening on a hub portion of the workpiece.
  • the workpiece it is advantageous for the workpiece to be clamped on a partial area of the outer circumference.
  • the workpiece can be kept centered on the spindle from the outside via corresponding clamping jaws.
  • the workpiece is provided with a tensioning and / or centering aid prior to spin forming.
  • a tensioning and / or centering aid may be included in the workpiece, which is in particular cast in cast wheels. This can be done in such a way, for example by means of projections conditions or stop edges, be executed, that they support the torque transmission from the chuck to the workpiece.
  • the clamping and / or centering aid is removed after the spin forming of the workpiece. This can be done in particular by a simple machining. This can also be done with a separate machine, such as a lathe, or the flow-forming device itself with a cutting tool.
  • an inner clamping device is provided, through which a hub portion of the workpiece is covered.
  • the deformation of the wheel begins in the immediate vicinity of a radially extending hub region of the workpiece. These may be a star or rim spokes on certain vehicle rims.
  • the clamping device has a relatively large-area plate-like clamping surface through which the specially designed and preformed hub area is covered and protected.
  • the method according to the invention can be used to form any desired workpiece with an axially extending, tubular jacket region.
  • the jacket region it is particularly preferred for the jacket region to be designed as a rim base of a vehicle wheel with at least one hump, which is formed as a thickening in the wall thickness profile. Further preferred is the forming of a cast Vormfom to a rim blank, which is then further processed to the finished wheel, in particular by spanabhenbende processing.
  • a largely weight-optimized vehicle wheel can thus be produced in which the wall thickness profile of the rim base is adapted to the actual load of the vehicle wheel during operation.
  • areas with low load are formed with a small wall thickness, while heavily loaded areas are formed with a correspondingly large wall thickening.
  • a hump so a bead for fixing the tire to the rim well, also in a simple manner by a wall thickening be formed along the rim base.
  • the hump represents a radially outwardly projecting annular increase in the rim well.
  • the inner roller and the outer roller are simultaneously moved relative to each other in the radial and axial direction to form a hump and / or horn region.
  • the lateral rim flanges can be formed.
  • other and other inner rollers with a modified and adapted outer contour can be used.
  • contoured outer rollers for forming the rim flanges can be used.
  • the freely programmable inner and outer rollers make it possible to gradually reform the rim contour so that higher work hardening and / or microstructural changes are deliberately brought about in certain areas of the rim. As a result, stability increases and / or weight reductions on the workpiece are possible.
  • the inventive apparatus for spin forming is characterized in that the at least one inner roller is rotatably mounted on an inner support, which is mounted axially and radially to the axis of rotation independently of the outer support, and that a CNC control for the individual method of at least one réellesupport with the inner roller and the at least one outer support is provided with the outer roller, wherein between the inner roller and the outer roller a wall thickness profile of the workpiece is adjustable.
  • the device according to the invention can be used in particular for carrying out the method described above. It can be achieved the advantages described above.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is that a plurality of inner rollers and outer rollers are provided, wherein in each case an inner roller is assigned to an outer roller.
  • a plurality of inner rollers preferably three inner rollers, arranged on a common roller carrier.
  • the individual inner rollers can be pivotally adjustable relative to the axis of rotation. In this way, a targeted shaping of the various contour regions of the workpiece can be achieved.
  • tion separately axially and / or radially adjustable inner rollers or inner supports may be provided.
  • a clamping device for clamping the workpiece is arranged on the spindle, with a free space remaining in a central region radially within the jacket region of the workpiece.
  • this free space of at least one inner support is retractable, so that an inner contour of the jacket portion of the workpiece can be formed by the at least one inner roller.
  • a control device with a data memory in which data sets for moving the inner roller and the outer roller are stored for different workpiece shapes.
  • the respective desired data set for a specific workpiece design can be called up by a machine operator.
  • different workpieces can be produced on a flow-forming device in such an efficient way.
  • the device with the control device is provided via a remote data connection, in particular an Internet connection. In this way, new or updated data records for existing or new workpieces can be transferred to the data memory of the machine.
  • the device according to the invention can thus be provided for a highly flexible use in projects of Industry 4.0.
  • a particularly good contouring according to a development of the invention can be achieved in that at least one of the rollers is provided with an auxiliary drive for rotationally driving the roller.
  • both the inner rollers and the outer rollers can be provided with a respective roller drive.
  • the inner and / or outer rollers can be accelerated before they come into contact with the material to be formed of the rotating workpiece.
  • a baking on the rollers and / or increased wear of the rollers is counteracted.
  • the roller drive is executed in a preferred embodiment with a freewheel or speed control device that allows automatic adjustment of the peripheral speed of the roller to the component.
  • an ejector for ejection from the clamping device, an ejector, in particular an axially adjustable ejector, are used.
  • the ejection is preferably carried out as a controlled movement.
  • the apparatus for spin forming is designed as a vertical machine with a hanging or alternatively stationary spindle, so that the workpiece centering is facilitated.
  • vertically suspended spindle of the counter-holder of the clamping device can also take over the function of loading and unloading.
  • the inner and / or outer supports are preferably designed as independently controllable supports, which are only electrically synchronized.
  • the outer roller is preferably set at an angle of 0 to 15 ° to the axis of rotation, while the inner rollers are preferably employed from 0 to 45 ° and cooperate over a preferably significantly larger roller radius of the deformation.
  • the delivery of the outer and inner rollers is preferably carried out via two linear cross supports. Alternatively, the use of at least two inner rollers can be dispensed with the cross support by the rollers are displaced simultaneously via Keilschieber or hired.
  • FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a device according to the invention when forming a vehicle wheel in an initial stage
  • Fig. 2 is a partial cross-sectional view of the apparatus of Fig. 1 in manufacturing a vehicle wheel in a final stage;
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of another device in the manufacture of a vehicle wheel in an initial stage
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the device of FIG. 3 in the manufacture of a vehicle wheel in a final stage.
  • a device 10 according to the invention for spin forming according to FIG. 1 has a spindle 12 which is rotationally driven by means of a drive (not shown).
  • the Spindle 12 rotates about a central axis of rotation 13 which is horizontal in the illustrated embodiment.
  • the spindle 12 may be directed vertically with the axis of rotation 13, wherein a workpiece 5 then rests on the spindle 12 or is tensioned in a suspended spindle assembly on an overhead spindle 12.
  • a mounted on the spindle 12 plate-shaped clamping device 14 with axially acting clamping jaws 16 can be a workpiece 5 releasably and rotatably and centrally connected to the rotation axis 13 with the spindle 12.
  • the workpiece 5 is in the illustrated embodiment, a preform of a vehicle wheel.
  • the preform is preferably made by casting or forging of a metal material.
  • the rotationally symmetrical workpiece 5 has a substantially radially extending hub region 6 with a central opening 4 and a substantially axially extending drum-shaped jacket region 7. With the clamping jaws 16, the workpiece 5 is fixed on one side on its outer periphery on the spindle 12.
  • the spindle 12 After clamping the spindle 12 is rotated with the workpiece 5 in rotation.
  • three outer rollers 20, of which only one outer roller 20 is shown, are delivered by means not shown external supports radially to the outside of the jacket portion 7 of the workpiece 5.
  • an inner support 40 with three offset by 120 ° to each other inner rollers 30 is delivered in a central space within the drum-shaped jacket portion 7.
  • the inner rollers 30 are first applied adjacent to the radial hub region 6 to an inner side of the jacket region 7.
  • the inner support 40 has a centric and conical center support 42, on the outside of which linear guides 44 for slides 46 are arranged.
  • roller holder 48 are pivotally mounted on the linearly movable carriage 46 holder 48.
  • the inner rollers 30 are rotatably supported by roller bearings.
  • the inner rollers 30 can be pivoted about the pivotable roller holder 48 during the flow-forming process and can be moved radially and / or axially by means of the carriage 46 and the inner support 40.
  • the outer rollers 20 can be mounted on an external support, not shown, pivotable and radially and axially movable.
  • the jacket portion 7 of the workpiece 5 to a rim base with a Hump 8 are formed, which represents a thickening in the wall thickness profile of the shell region 7.
  • the end-shaped jacket region 7 is elongated relative to the jacket region 7 of the starting workpiece 5 and thinned out with regard to the wall thickness. It can be generated with the device 10 according to the invention an almost arbitrary outer contour and an inner contour.
  • the second embodiment according to FIGS. 3 and 4 essentially corresponds to the construction of the first device 10 according to the invention according to FIGS. 1 and 2.
  • a modified inner roller 30 is provided with an annular radial projection 32 and an abutment section 34 adjoining in the front region.
  • the radially projecting radial projection 32 on the inner roller 30 can serve for forming an inner contour along the inner side of a jacket region 7 of the workpiece 5 in interaction with the outer roller 20 acting radially outward.
  • the front abutment portion 34 may be used to form a rim flange at the free end of the formed rim base, as shown clearly in FIG.
  • the abutment portion 34 may be formed in particular a negative mold of the inner contour of the rim flange and for receiving the forming forces of the outer roller 20.
  • different outer rollers 20 can be delivered with an adapted outer contour on the jacket region 7.
  • an outer roller 20 may have an outer contour corresponding to the desired shape of the rim flange to be shaped.
  • the counter-holder 18 can extend axially into the central clearance of the drum-shaped jacket region 7. al pressed against the hub portion 6 of the workpiece 5.
  • the counter-holder 18 may have a plate-shaped contact element 19, which is adapted to a contouring of the hub region 6 of the workpiece 5.
  • workpieces 5 having a large variety of shapes of a wall region 7 can be formed without conversion measures.
  • This method makes it possible for the first time, repeated, step-by-step spinning, until the final final geometry or complete structural change was achieved.
  • P refer spinning of cast wheels at temperatures up to 400 ° C. Heat treatments of the wheels can directly follow the flow-forming process.
  • the method can also be used for the cold forming of aluminum forged wheels, as well as for steel wheels.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drückwalzen, wobei ein Werkstück (5) mittels einer Spindel (12) in Rotation versetzt und mindestens eine Außenrolle (20) an eine Außenseite des Werkstücks (5) zugestellt wird. Unter Materialverdünnung wird ein sich axial erstreckender Mantelbereich des Werkstücks (5) geformt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Innenrolle (30) an einer Innenseite des Werkstücks (5) mittels einem Innensupport (40) zugestellt wird, welcher unabhängig von der Außenrolle (20) axial und radial zu der Rotationsachse verfahrbar ist. Mittels einer CNC-Steuerung werden der Innensupport (40) mit der Innenrolle (30) und ein Außensupport mit der Außenrolle (20) individuell verfahren, wobei an dem Mantelbereich ein definierter Wanddickenverlauf mit unterschiedlichen Wanddicken zwischen der mindestens einen Außenrolle (20) und der mindestens einen Innenrolle (30) gebildet wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DRÜCKWALZEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drückwalzen, insbesondere eines Fahrzeugrades, wobei ein Werkstück mittels einer Spindel in Rotation um eine Rotationsachse versetzt und mindestens eine Außenrolle mittels eines Außensupports an einer Außenseite des Werkstücks zugestellt wird, wobei unter Materialverdünnung ein sich axial erstreckender Mantelbereich des Werkstücks geformt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Drückwalzen mit einer Spindel, welche über einen Antrieb rotierend um eine Rotationsachse antreibbar und zum Halten eines Werkstücks ausgebildet ist, mindestens einer Außenrolle, welche an einem Außensupport drehbar gelagert ist, welcher zum Zustellen an das Werkstück axial und radial relativ zu der Rotationsachse verfahrbar ist, und mindestens einer Innenrolle, welche an eine Innenseite des Werkstücks gegenüberliegend zu der Außenrolle zustellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Insbesondere bei Fahrzeugrädern, vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial, werden diese gegen ein mittiges Drückfutter drückgewalzt. Das Drückfutter, auch Drückwerkzeug genannt, stellt dabei die Negativform der Innengeometrie der Felge eines Fahrzeugrades dar. Eine Veränderung der Felge bedingt dabei üblicherweise auch eine Änderung des Drückfutters, was kostenaufwändig ist. Ein Herstellen von Fahrzeugrädern oder sonstigen Drückteilen mit einer Innenkontur ist daher häufig nur für hohe Stückzahlen wirtschaftlich.
Ein Verfahren zum Drückwalzen mit einer erhöhten Flexibilität in der Formgebung ist aus der EP 2 210 682 B1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird als Drückfutter ein variabler Drückdorn mit einer konischen Außenkontur vorgesehen. Der Drückdorn ist konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Durch ein axiales Verstellen des Drückdornes kann ein variabler Innendurchmesser an der jeweiligen Umformzone bereitgestellt werden. Dieses Verfahren ist auf bestimmte Innenkonturen jedoch beschränkt.
Aus der DE 35 45 506 A1 ist ein Werkzeug zum Drückwalzen von hohlzylindrischen Werkstücken bekannt. Gleichzeitig zur Zustellung von Außenrollen an einer Außenkontur des Rohrwerkstücks werden mit einem inneren Rollenträger Innenrollen an eine Außenkontur zugestellt. Zwischen der Außenrolle und der Innenrolle ist ein fester Abstand vorgegeben, welcher den Umfang eines Abstreckdrückwalzens und der zu bildenden Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks vorgibt.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der US 3,287,951 bekannt. Dabei sind eine Außenrolle und eine zugeordnete Innenrolle an einem gemeinsamen Rollenträger angeordnet. Die Außenrolle ist über einen mechanischen Stellmechanismus einstellbar, so dass der Abstand zwischen der Innenrolle und der Außenrolle zu Beginn des Umformverfahrens eingestellt werden kann.
Ein gattungsgemäßer Stand der Technik geht aus der WO 2012/042221 A1 hervor. An einem hohlzylindrischen Werkstück werden an einer Seite eine einzelne Umformrolle und an der gegenüberliegenden Werkstückseite zwei Gegenlagerrollen zugestellt. Es wird ein Drücken mit gleichbleibender Wanddicke oder ein Projezierdrücken mit einer vorgegebenen Wanddickenreduzierung durchgeführt, welche von dem vorgegebenen Projezierwinkel abhängt.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drückwalzen anzugeben, mit welchen eine besonders hohe Formenvielfalt an Werkstücken flexibel und effizient erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Innenrolle an eine Innenseite des Werkstücks mittels eines Innensupports zugestellt wird, welche unabhängig von dem Außensupport axial und radial zu der Rotationsachse verfahrbar ist, und dass mittels einer CNC-Steuerung der Innensupport mit der Innenrolle und der Außensupport mit der Außenrolle individuell verfahren werden, wobei an dem Mantel bereich ein definierter Wanddickenverlauf mit unterschiedlichen Wanddicken zwischen der mindestens einen Außenrolle und der mindestens einen Innenrolle gebildet wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, von einem vorgegebenen Drückwerkzeug, welches eine Negativform einer Innenkontur des Werkstücks vorgibt, abzugehen und zum Formen der Innenkontur mindestens eine Innenrolle vorzusehen. Dabei wird die Innenrolle nicht geradlinig parallel zur Außenrolle verfahren, sondern die Innenrolle ist an einem Innensupport gelagert, welcher unabhängig von dem Außensupport axial und radial zur Rotationsachse verfahrbar ist. Es kann so eine nahezu unbegrenzte Formenvielfalt ohne Umbau eines Drückwerkzeuges erzeugt werden.
Weiter ist nach der Erfindung eine CNC-Steuerung vorgesehen sowie vorzugsweise zusätzlich eine Programmier-Unterstützungssoftware, welche insbesondere offline auf einem PC eingesetzt wird. Mit der Steuerung sind der Innensupport mit der Innenrolle und der Außensupport mit der Außenrolle unabhängig voneinander verfahrbar. Es kann so an der Innenseite und der Außenseite des Werkstücks ein freier Konturenverlauf eingestellt werden. Weiterhin kann durch eine Relativverstellung der Außenrolle zu der zugeordneten Innenrolle der wirksame Formgebungsspalt und damit ein Wanddickenverlauf in dem zu formenden axialen Mantelbereich des Werkstücks mit hoher Formgebungsfreiheit ausgebildet werden. Dabei ist der Begriff Drückwalzen im Sinne der Erfindung breit zu verstehen und umfasst nicht nur ein Umformen mit einer Wanddickenveränderung sondern auch ein Drücken bei gleich bleibender Wanddicke.
Mit dem Verfahren lassen sich in effizienter Weise Werkstücke selbst in kleinen Stückzahlen oder sogar einzelne Werkstücke herstellen, da eine aufwändige Herstellung eines starren Drückdorns nicht notwendig ist. Vielmehr wird die Kontur durch eine entsprechende Steuerung der Rollen zueinander frei eingestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die mindestens eine Innenrolle und die mindestens eine zugeordnete Außenrolle zum Ausformen des Mantelbereichs radial und axial zueinander verfahren werden. Hierdurch lassen sich ein individueller Verlauf der Innenkontur und Außenkontur sowie ein dazwischen angeordneter Wanddickenverlauf nahezu beliebig einstellen. Die Wanddicke wird dabei nach einer Erkenntnis der Erfindung nicht nur durch einen radialen Abstand der Innenrolle zu der Außenrolle bestimmt. Insbesondere bei einem Abstreckdrück- walzen, bei welchem der Mantelbereich gegenüber einer ursprünglichen Ausgangsdicke verringert wird, kann die Innenrolle oder die Außenrolle der jeweils anderen Rolle axial gezielt voraus- oder nacheilen. Hierdurch wird auch in einer axialen Richtung eine Widerlagerfunktion geschaffen, welche für ein formgenaues Abstrecken wesentlich sein kann.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Werkstück an der Spindel eingespannt wird, wobei ein Freiraum in einem Mittenbereich radial innerhalb des Mantelbereichs verbleibt. Dieser Mantelbereich ist dabei so groß gestaltet, dass zumindest eine Innenrolle an eine Innenkontur des Mantelbereichs zustellbar ist. Vorzugsweise wird hierzu das Werkstück einseitig an der Spindel eingespannt, etwa mittels eines Drei- oder Mehrbacken-Spannfutters. Andere Spannmechanismen lassen sich verwenden, etwa auch mit einem axialen Spannelement oder Gegenhalteelement, welches an oder durch eine Mittenöffnung an einem Nabenbereich des Werkstücks angesetzt wird.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante ist es vorteilhaft, dass ein Spannen des Werkstücks an einem Teilbereich des Außenumfangs erfolgt. Hierbei kann das Werkstück von außen über entsprechende Spannbacken zentriert an der Spindel gehalten werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Werkstück vor dem Drückwalzen mit einer Spann- und/oder Zentrierhilfe versehen wird. Bei dem eingesetzten Spannfutter ist in bevorzugter Weise eine Zentrierung zum Zentrieren des Werkstücks beim Spannvorgang vorgesehen. Dazu kann an dem Werkstück eine entsprechende Zentrierhilfe mitangebracht sein, welche insbesondere bei Gussrädern mitangegossen ist. Diese kann etwa derart, beispielsweise mittels Vorsprün- gen oder Anschlagkanten, ausgeführt sein, dass diese die Drehmomentübertragung vom Spannfutter auf das Werkstück unterstützen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass die Spann- und/oder Zentrierhilfe nach dem Drückwalzen von dem Werkstück entfernt wird. Dies kann insbesondere durch eine einfache spanabhebende Bearbeitung erfolgen. Dies kann auch mit einer separaten Maschine, etwa einer Drehmaschine, oder der Drückwalzvorrichtung selbst mit einem spanabhebenden Zusatzwerkzeug erfolgen.
Für ein besonders schonendes Einspannen ist es nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass eine Innenspanneinrichtung vorgesehen wird, durch welche ein Nabenbereich des Werkstücks abgedeckt wird. Denn vorzugsweise beginnt die Umformung des Rades in unmittelbarer Nähe zu einem radial verlaufenden Nabenbereich des Werkstücks. Diese können bei bestimmten Fahrzeugfelgen ein Stern oder Felgenspeichen sein. Die Spanneinrichtung weist dabei eine relativ großflächige tellerartige Spannfläche auf, durch welche der besonders gestaltete und vorgeformte Nabenbereich abgedeckt und geschützt wird.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines beliebigen Werkstücks mit einem axial verlaufenden, rohrformigen Mantelbereich verwendet werden. Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass der Mantelbereich als ein Felgenbett eines Fahrzeugrades mit mindestens einem Hump ausgebildet wird, welcher als eine Verdickung in dem Wanddickenverlauf gebildet wird. Weiter bevorzugt ist das Umformen einer gegossenen Vormfom zu einem Felgenrohling, der anschließend zum fertigen Rad weiterbearbeitet wird, insbesondere durch spanabhenbende Bearbeitung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann so ein weitgehend gewichtsoptimiertes Fahrzeugrad hergestellt werden, bei welchem der Wanddickenverlauf des Felgenbettes an die tatsächliche Belastung des Fahrzeugrades im Betrieb angepasst ist. Dabei werden Bereiche mit geringer Belastung mit einer geringen Wanddicke ausgebildet, während stark belastete Bereiche mit einer entsprechend großen Wandverdickung ausgeformt werden. Zusätzlich kann ein Hump, also ein Wulst zur Fixierung des Reifens an dem Felgenbett, ebenfalls in einfacher Weise durch eine Wandverdickung entlang des Felgenbettes ausgebildet werden. Der Hump stellt dabei eine radial nach außen vorragende ringförmige Erhöhung an dem Felgenbett dar.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass zum Bilden eines Humps und/oder Hornbereichs die Innenrolle und die Außenrolle gleichzeitig relativ zueinander in radialer und axialer Richtung verfahren werden. In entsprechender Weise können auch die seitlichen Felgenhörner ausgeformt werden. Zum Formen der Felgenhörner können auch weitere und andere Innenrollen mit einer geänderten und angepassten Außenkontur zum Einsatz kommen. Entsprechendes gilt für die Verwendung konturierter Außenrollen zum Bilden der Felgenhörner. Durch die frei programmierbaren Innen- und Außenrollen wird zudem ein schrittweises Umformen der Felgenkontur möglich, so dass gezielt in bestimmten Bereichen der Felge höhere Kaltverfestigungen und/oder Gefügeveränderungen herbeigeführt werden. Hierdurch sind Stabilitätssteigerungen und/oder Gewichtsreduzierungen an dem Werkstück möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drückwalzen ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Innenrolle an einem Innensupport drehbar gelagert ist, welche unabhängig zu dem Außensupport axial und radial zu der Rotationsachse verfahrbar gelagert ist, und dass eine CNC-Steuerung zum individuellen Verfahren des mindestens einen Innensupports mit der Innenrolle und des mindestens einen Außensupports mit der Außenrolle vorgesehen ist, wobei zwischen der Innenrolle und der Außenrolle ein Wanddickenverlauf des Werkstücks einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens eingesetzt werden. Es können dabei die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass mehrere Innenrollen und Außenrollen vorgesehen sind, wobei jeweils eine Innenrolle einer Außenrolle zugeordnet ist. Vorzugsweise sind dabei mehrere Innenrollen, vorzugsweise drei Innenrollen, an einem gemeinsamen Rollenträger angeordnet. Gegenüber diesem gemeinsamen Rollenträger oder Innensupport können die einzelnen Innenrollen schwenkbar relativ zur Drehachse verstellbar sein. Hierdurch kann eine gezielte Ausformung der verschiedenen Konturbereiche des Werkstückes erzielt werden. Je nach Anwendung können bei einer weiteren bevorzugten Ausfüh- rung separat axial und/oder radial zueinander verstellbare Innenrollen oder Innensupporte vorgesehen sein.
Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass an der Spindel eine Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks angeordnet ist, wobei ein Freiraum in einen Mittenbereich radial innerhalb des Mantelbereichs des Werkstücks verbleibt. In diesem Freiraum ist der mindestens eine Innensupport einfahrbar, so dass eine Innenkontur des Mantelbereichs des Werkstücks durch die mindestens eine Innenrolle ausgeformt werden kann.
Für eine hocheffiziente Fertigung ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass eine Steuereinrichtung mit einem Datenspeicher vorgesehen ist, in welchem für verschiedene Werkstückformen Datensätze zum Verfahren der Innenrolle und der Außenrolle hinterlegt sind. Auf diese Weise kann von einem Maschi- nenbediener der jeweils gewünschte Datensatz für eine bestimmte Werkstückgestaltung aufgerufen werden. Ohne einen aufwändigen Umbau können so effizient verschiedene Werkstücke auf einer Drückwalzvorrichtung hergestellt werden. Die Vorrichtung mit der Steuereinrichtung ist über eine Datenfernverbindung, insbesondere einem Internetanschluss, versehen. Auf diese Weise können neue oder aktualisierte Datensätze zu bestehenden oder neuen Werkstücken in den Datenspeicher der Maschine übertragen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so für einen hochflexiblen Einsatz bei Projekten der Industrie 4.0 vorsehbar.
Weiterhin ist eine besonders gute Konturierung nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichbar, dass mindestens eine der Rollen mit einem Hilfsantrieb zum drehenden Antreiben der Rolle versehen ist. Dabei können sowohl die Innenrollen als auch die Außenrollen mit einem jeweiligen Rollenantrieb versehen sein. Hierdurch können die Innen- und/oder die Außenrollen beschleunigt werden, bevor sie mit dem umzuformenden Werkstoff des rotierenden Werkstücks in Berührung kommen. Hierdurch wird einem Aufbacken auf den Rollen und/oder einem erhöhten Verschleiß der Rollen entgegengewirkt. Der Rollenantrieb ist in einer bevorzugten Ausführung mit einer Freilauf- oder Drehzahlregeleinrichtung ausgeführt, die eine automatische Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit der Rolle zum Bauteil ermöglicht. Zum Ausstoßen aus der Spanneinrichtung kann ein Auswerfer, insbesondere ein axial verstellbarer Auswerfer, zum Einsatz kommen. Das Auswerfen ist vorzugsweise als eine gesteuerte Bewegung ausgeführt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Drückwalzen als vertikale Maschine mit hängender oder alternativ stehender Spindel ausgeführt, so dass die Werkstückzentrierung erleichtert wird. Bei der Ausführung mit vertikal hängender Spindel kann der Gegenhalter der Spanneinrichtung auch die Funktion der Be- und Entladung übernehmen.
Die Innen- und/oder Außensupporte sind vorzugsweise als unabhängig steuerbare Supporte ausgeführt, die lediglich elektrisch synchronisiert werden. Die Außenrolle wird vorzugsweise in einem Winkel von 0 bis 15° zur Rotationsachse angestellt, während die Innenrollen vorzugsweise von 0 bis 45° angestellt werden und über einen vorzugsweise deutlich größeren Rollenradius an der Umformung mitwirken. Die Zustellung der Außen- und Innenrollen erfolgt vorzugsweise über zwei linear arbeitende Kreuzsupporte. Alternativ kann der Einsatz von mindestens zwei Innenrollen auf den Kreuzsupport verzichtet werden, indem die Rollen über Keilschieber gleichzeitig verschoben oder angestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 : eine Teilquerschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Formen eines Fahrzeugrades in einem Anfangsstadium;
Fig.2: eine Teilquerschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 1 beim Herstellen eines Fahrzeugrades in einem Endstadium;
Fig. 3: eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren Vorrichtung beim Herstellen eines Fahrzeugrades in einem Anfangsstadium und
Fig. 4: eine Teilquerschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 3 beim Herstellen eines Fahrzeugrades in einem Endstadium.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Drückwalzen gemäß Fig. 1 weist eine drehend über einen nicht dargestellten Antrieb angetriebene Spindel 12 auf. Die Spindel 12 dreht um eine mittige Rotationsachse 13, welche in dem ausgeführten Darstellungsbeispiel horizontal verläuft. In gleicher Weise kann die Spindel 12 mit der Rotationsachse 13 vertikal gerichtet sein, wobei ein Werkstück 5 dann auf der Spindel 12 aufliegt oder bei einer hängenden Spindelanordnung an einer oben liegenden Spindel 12 gespannt wird.
Über eine an der Spindel 12 angebrachte plattenförmige Spanneinrichtung 14 mit axial wirkenden Spannklauen 16 kann ein Werkstück 5 lösbar und drehfest sowie zentrisch zur Rotationsachse 13 mit der Spindel 12 verbunden werden. Das Werkstück 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vorform eines Fahrzeugrades. Die Vorform ist vorzugsweise durch Gießen oder Schmieden aus einem Metallwerk- stoff gefertigt. Das rotationssymmetrische Werkstück 5 weist einen im Wesentlichen radial verlaufenden Nabenbereich 6 mit einer Mittenöffnung 4 und einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden trommeiförmigen Mantelbereich 7 auf. Mit den Spannklauen 16 wird das Werkstück 5 einseitig an seinem Außenumfang an der Spindel 12 befestigt.
Nach dem Einspannen wird die Spindel 12 mit dem Werkstück 5 in Rotation versetzt. Vorzugsweise drei Außenrollen 20, von denen nur eine Außenrolle 20 dargestellt ist, werden mittels nicht dargestellten Außensupporten radial an die Außenseite des Mantelbereichs 7 des Werkstücks 5 zugestellt. Gleichzeitig wird ein Innensupport 40 mit drei um 120° versetzt zueinander angeordneten Innenrollen 30 in einen mittigen Freiraum innerhalb des trommeiförmigen Mantelbereichs 7 zugestellt. Dabei werden die Innenrollen 30 zunächst angrenzend an den radialen Nabenbereich 6 an eine Innenseite des Mantelbereichs 7 angelegt.
Der Innensupport 40 weist einen zentrischen und konischen Mittenträger 42 auf, an dessen Außenseite Linearführungen 44 für Schlitten 46 angeordnet sind. An den linear verfahrbaren Schlitten 46 sind Rollenhalter 48 verschwenkbar gelagert. In den topfartigen Rollenhaltern 48 sind die Innenrollen 30 über Wälzlager drehend gelagert. Die Innenrollen 30 können über die schwenkbaren Rollenhalter 48 während des Drückwalzvorganges verschwenkt werden sowie radial und/oder axial mittels des Schlittens 46 und des Innensupports 40 verfahren werden. In entsprechender Weise können die Außenrollen 20 an einem nicht dargestellten Außensupport verschwenkbar sowie radial und axial verfahrbar gelagert sein. Das Verfahren der Außenrolle 20 und der Innenrolle 30 erfolgt über eine nicht dargestellte CNC-Steuerung und Stellantriebe, anhand abgespeicherter Daten zum Formen des gewünschten Werkstücks 5. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, kann der Mantelbereich 7 des Werkstücks 5 zu einem Felgenbett mit einem Hump 8 geformt werden, welcher eine Verdickung im Wanddickenverlauf des Mantelbereichs 7 darstellt. Der endgeformte Mantelbereich 7 ist gegenüber dem Mantelbereich 7 des Ausgangswerkstücks 5 gelängt und hinsichtlich der Wanddicke verdünnt. Es kann eine nahezu beliebige Außenkontur sowie eine Innenkontur mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erzeugt werden.
Die zweite Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß den Figuren 1 und 2.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist bei der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 3 eine geänderte Innenrolle 30 mit einem ringförmigen Radialvorsprung 32 und einem im vorderen Bereich angrenzenden Widerlagerabschnitt 34 vorgesehen. Der radial vorstehende Radialvorsprung 32 an der Innenrolle 30 kann zum Ausformen einer Innenkontur entlang der Innenseite eines Mantelbereichs 7 des Werkstücks 5 im Zusammenspiel mit der radial außen angreifenden Außenrolle 20 dienen. Der vordere Widerlagerabschnitt 34 kann zum Ausbilden eines Felgenhorns am freien Ende des ausgeformten Felgenbettes eingesetzt werden, wie anschaulich in Fig. 4 dargestellt ist. Der Widerlagerabschnitt 34 kann dabei insbesondere eine Negativform der inneren Kontur des Felgenhorns und zum Aufnehmen der Umformkräfte der Außenrolle 20 ausgebildet sein. In entsprechender Weise können unterschiedliche Außenrollen 20 mit einer angepassten Außenkontur an dem Mantelbereich 7 zugestellt werden. Insbesondere kann eine Außenrolle 20 eine Außenkontur entsprechend der gewünschten Formgebung des auszuformenden Felgenhornes aufweisen.
Zusätzlich ist bei der zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4 zum Spannen des Werkstücks 5 neben der bereits zuvor beschriebenen Spanneinrichtung 14 mit axial verfahrbaren Spannklauen 16 zum Spannen des Werkstücks 5 an der radialen Außenseite auch ein axial verfahrbarer Gegenhalter 18 vorgesehen. Insbesondere nach einer anfänglichen Konturierung des Mantelbereichs 7 kann der Gegenhalter 18 in den mittigen Freiraum des trommeiförmigen Mantelbereichs 7 axi- al gegen den Nabenbereich 6 des Werkstücks 5 gedrückt werden. Hierdurch kann eine zusätzliche axiale Einspannung und Zentrierung des Werkstücks zumindest während eines Endstadiums des Drückwalzprozesses erfolgen. Der Gegenhalter 18 kann ein tellerförmiges Anlageelement 19 aufweisen, welcher an eine Konturierung des Nabenbereichs 6 des Werkstücks 5 angepasst ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sowie dem darauf durchführbaren Verfahren können Werkstücke 5 mit einer großen Formenvielfalt eines Wandbereichs 7 ohne Umbaumaßnahmen gebildet werden.
Diese Verfahren ermöglicht erstmals das mehrmalige, stufenweise Drückwalzen, bis die finale Endgeometrie bzw. vollständige Gefügeveränderung erzielt wurde.
Bevorzugt Drückwalzen von Gussrädern bei Temperaturen bis zum 400 °C. Wärmebehandlungen der Räder können sich unmittelbar an den Drückwalzvorgang anschließen.
Darüber hinaus kann das Verfahren auch für die Kaltumformung von Aluminiumschmiederäder, als auch für Stahlräder eingesetzt werden.
Auch der Einsatz einer speziellen Programmieroberfläche oder der Einsatz einer Off- line-Programmierunterstützungssoftware ist bevorzugt, um die komplexen Programme einfache und schneller erstellen zu können, sowie diese vor Einsatz durch Simulation zu überprüfen und zu optimieren.
Alternativ ist auch eine Kombination aus flexiblen Innenrollen mit einem partiell wirkenden kurzem Dorn möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zum Drückwalzen, insbesondere eines Fahrzeugrades,
wobei ein Werkstück (5) mittels einer Spindel (12) in Rotation um eine Rotationsachse (13) versetzt und mindestens eine Außenrolle (20) mittels eines Außensupports an einer Außenseite des Werkstücks (5) zugestellt wird,
wobei unter Materialverdünnung ein sich axial erstreckender Mantelbereich (7) des Werkstücks (5) geformt wird und
wobei mindestens eine Innenrolle (30) an eine Innenseite des Werkstücks (5) mittels eines Innensupports (40) zugestellt wird, welcher unabhängig von dem Außensupport axial und radial zu der Rotationsachse (13) verfahrbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mindstens eine Außenrolle (20) zugestellt wird, wobei jeweils eine Innenrolle (30) einer Außenrolle (20) zugeordnet ist,
dass zwischen Außenrolle (20) und zugeordneter Innenrolle (30) ein Formgebungsspalt gebildet wird und
dass mittels einer CNC-Steuerung der Innensupport (40) mit der Innenrolle (30) und der Außensupport mit der Außenrolle (20) individuell verfahren werden, wobei eine Verstellung relativ zwischen Außenrolle (20) und zugeordneter Innenrolle (30) und damit des Formgebungsspalts erfolgt, wobei an dem Mantelbereich (7) ein definierter Wanddickenverlauf mit unterschiedlichen Wanddicken zwischen den Außenrollen (20) und den zugeordneten Innenrollen (30) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Innenrolle (30) und die mindestens eine zugeordnete Außenrolle (20) zum Ausformen des Mantelbereichs (7) radial und axial zueinander verfahren werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück (5) an der Spindel (12) eingespannt wird, wobei ein Freiraum in einem Mittenbereich radial innerhalb des Mantelbereichs (7) verbleibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Spannen des Werkstücks (5) an einem Teilbereich des Außenumfangs erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück (5) vor dem Drückwalzen mit einer Spann- und/oder Zentrierhilfe versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spann- und/oder Zentrierhilfe nach dem Drückwalzen von dem Werkstück (5) entfernt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Innenspanneinrichtung (14) vorgesehen wird, durch welche ein Nabenbereich (6) des Werkstücks (5) abgedeckt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mantelbereich (7) als ein Felgenbett eines Fahrzeugrades mit mindestens einem Hump (8) ausgebildet wird, welcher als eine Verdickung in dem Wanddickenverlauf gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zum Bilden eines Humps (8) und/oder Hornbereichs die Innenrolle (30) und die zugeordnete Außenrolle (20) gleichzeitig relativ zueinander in radialer und in axialer Richtung verfahren werden.
10. Vorrichtung zum Drückwalzen nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit
einer Spindel (12), welche über einen Antrieb rotierend um eine Rotationsachse (13) antreibbar und zum Halten eines Werkstücks (5) ausgebildet ist,
mindestens einer Außenrolle (20), welche an einem Außensupport drehbar gelagert ist, welcher zum Zustellen an das Werkstück (5) axial und radial relativ zu der Rotationsachse (13) verfahrbar ist, und mindestens einer Innenrolle (30), welche an eine Innenseite des Werkstücks (5) gegenüberliegend zu der Außenrolle (20) zustellbar ist, und
wobei die mindestens eine Innenrolle (30) an einem Innensupport (40) drehbar gelagert ist, welcher unabhängig zu dem Außensupport axial und radial zu der Rotationsachse (13) verfahrbar gelagert ist,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mindestens eine Außenrolle (20) vorgesehen ist, wobei jeweils eine Innenrolle (30) einer Außenrolle (20) zugeordnet ist,
dass zwischen der Außenrolle (20) und der zugeordneten Innenrolle (30) ein Formgebungsspalt gebildet ist und
dass eine CNC-Steuerung zum individuellen Verfahren des mindestens einen Innensupports (40) mit der Innenrolle (30) und des mindestens einen Außensupports mit der Außenrolle (20) vorgesehen ist, wobei zum Bilden eines definierten Wanddickenverlaufs mit unterschiedlichen Wanddicken an einem Mantelbereich des Werkstücks (5) eine Verstellung relativ zwischen der Außenrolle (20) und der zugeordneten Innenrolle (30) und des Formgebungsspaltes bewirkbar sind.
1 1 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass an der Spindel (12) eine Spanneinrichtung (14) zum Spannen des Werkstücks (5) angeordnet ist, wobei ein Freiraum in einem Mittenbereich radial innerhalb des Mantelbereichs (7) des Werkstücks (5) verbleibt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung mit einem Datenspeicher vorgesehen ist, in welchem für verschiedene Werkstückformen Datensätze zum Verfahren der Innenrolle (30) und der Außenrolle (20) hinterlegt sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine der Rollen (20, 30) mit einem Hilfsantrieb zum drehenden Antreiben der Rolle (20, 30) versehen ist.
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