DE10062002B4

DE10062002B4 - Verfahren zum Drückwalzen sowie Drückwalzvorrichtung

Info

Publication number: DE10062002B4
Application number: DE10062002A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang RÖMPP; Thomas Rupke
Original assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Current assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: WO2002047843A1; DE10062002A1; DE50106479D1; EP1341625B1; AU2002224782A1; EP1341625A1; ATE297275T1

Abstract

Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks mit Innenprofil, bei dem
– eine Vorform (15) des Werkstücks an einen Werkzeugdorn (11; 44) gespannt wird, der in seiner Längsrichtung mit einem Außenprofil (12) versehen ist,
– zum Ausformen des Innenprofils eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn (11; 44) und einem Umformwerkzeug (22) um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns (11; 44) zusammenfallende Rotationsachse (R) ausgeführt wird, wobei das Umformwerkzeug (22) das Material der am Werkzeugdorn (11; 44) gespannten Vorform (15) in das Außenprofil (12) des Werkzeugdorns (11; 44) einformt, und
– die Vorform (15) mit ihrer zum Werkzeugdorn (11; 44) gerichteten Stirnseite zumindest während des Einformens der Vorform (15) in das Außenprofil (12) an einem Anschlagelement (16; 31; 41) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das unter Vorspannung an der Vorform (15) während des Einformens anliegende Anschlagelement (16; 31; 41) zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform (15) an dieser wirkenden,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks mit Innenprofil, bei dem eine Vorform des Werkstücks an einen Werkzeugdorn gespannt wird, der in seiner Längsrichtung mit einem Außenprofil versehen ist, zum Ausformen des Innenprofils eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und einem Umformwerkzeug um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns zusammenfallende Rotationsachse ausgeführt wird, wobei das Umformwerkzeug das Material der am Werkzeugdorn gespannten Vorform in das Außenprofil des Werkzeugdorns eingeformt wird, und die Vorform mit ihrer zum Werkzeugdorn gerichteten Stirnseite zumindest während des Einformens der Vorform in das Außenprofil an einem Anschlagelement anliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Drückwalzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Das eingangs genannte Verfahren zum Drückwalzen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Drückwalzvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 36 567 A1 oder der DE 198 30 816 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Vorform des Werkstücks an einen Werkzeugdorn mit Hilfe eines axial beweglichen Andrückelements gespannt. An der Mantelfläche des Werkzeugdorns ist ein Außenprofil ausgebildet, das komplementär zu dem zu fertigenden Innen profil, beispielsweise einer Geradverzahnung, einer Schrägverzahnung, einem Keilwellenprofil oder Ähnlichem, ausgebildet ist. Zum Ausformen des Innenprofils wird eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und einem Umformwerkzeug, beispielsweise einer Umformrolle, um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns zusammenfallende Rotationsachse ausgeführt, so dass Material der am Werkzeugdorn gespannten Vorform in das Außenprofil des Werkzeugdorns eingeformt bzw. eingedrückt wird. Gegebenenfalls kann das Umformwerkzeug zusätzlich radial, d.h. quer zur Rotationsachse, und/oder axial, d.h. parallel zur Rotationsachse, bewegt werden.

Damit das Material der Vorform während des Drückwalzvorganges nicht in axialer Richtung der Rotationsachse fließt, sondern in radialer Richtung umgelenkt wird und das Außenprofil des Werkzeugdorns ausfüllt, wird sowohl in der DE 196 36 567 A1 als auch in der DE 198 30 816 C2 vorgeschlagen, ein Anschlagelement zu verwenden, an dem die auf den Werkzeugdorn gespannte Vorform mit ihrer einen Stirnseite anliegt. Durch die von dem Anschlagelement während des Einformens erzeugte axiale Gegenkraft wird die axiale Längung des Werkstücks verlangsamt, so dass mehr Material in das Außenprofil des Werkzeugdorns fließen kann. Dies wiederum bewirkt, dass sich die Belastung auf die Werkzeugzähne des Außenprofils durch die axiale Umformkraft verringert.

Mit diesem bekannten Verfahren, bei dem ein Anschlagelement eingesetzt wird, kann Werkzeugverschleiß und Werkzeugbruch bereits in hohem Maße reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Drückwalzvorrichtung so weiterzubilden, dass Werkzeugver schleiß und auch die Gefahr des Werkzeugbruchs weiter vermindert und möglichst vermieden wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass das unter Vorspannung an der Vorform während des Einformens anliegende Anschlagelement zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform an dieser wirkenden, definierten Torsionsspannung ein definiertes Drehmoment auf die Vorform ausübt. Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Drückwalzvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Drückwalzvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass während des Drückwalzens zusätzlich zu den Umformkräften an der Vorform Torsionskräfte angreifen, die zu einem Verwinden der Vorform um die Rotationsachse führen können. Des Weiteren wurde erkannt, dass mit einem Anschlagelement die entstehenden Torsionskräfte aufgenommen und abgestützt werden können, so dass die Torsionskräfte über die Werkzeugverzahnung verteilt am Werkzeugdorn angreifen und die Belastung auf die einzelnen Werkzeugzähne des Außenprofils entsprechend verringert ist.

Die Erfindung schlägt nun vor, durch das Anschlagelement zumindest während des Einformens auf die Vorform ein Drehmoment auszuüben, durch das in Umfangsrichtung der Vorform an dieser gezielt Torsionsspannungen entstehen. Beispielsweise ist das vom Anschlagelement ausgeübte Drehmoment dabei so bemessen, dass die entstehenden Torsionsspannungen die während des Einformens an der Vorform entstehenden Torsionskräfte zumindest annähernd ausgleichen, so dass trotz des Einformens die Vorform allenfalls geringfügig verdrillt bzw. tordiert ist. Es kann aber auch eine Verdrillung gezielt verstärkt werden, um etwa eine bessere Ausformung einer Schrägverzahnung zu erreichen.

Durch das vom Anschlagelement verursachte, definierte Drehmoment werden die während des Drückwalzens entstehenden Torsionskräfte in der Vorform ausgeglichen, so dass die an der Werkzeugverzahnung des Außenprofils des Werkzeugdorns auftretenden Umformkräfte geringer sind, folglich die Werkzeugverzahnung vergleichsweise geringen Belastungen ausgesetzt ist und entsprechend weniger schnell verschleißt bzw. weniger zu Werkzeugbruch neigt als bei Verwendung des bekannten Verfahrens.

Zur definierten Erzeugung des Drehmomentes wird bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, das Anschlagelement relativ zum Werkzeugdorn zu bewegen. Wird zur Erzeugung der Relativbewegung des Werkzeugdorns zum Umformwerkzeug der Werkzeugdorn und damit die Vorform in Rotation versetzt, wird das gleichfalls rotierende Anschlagelement mit einer entsprechend geringeren oder höheren Drehzahl betrieben, um das gewünschte Gegendrehmoment zu erzeugen. Wird dagegen die Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und dem Umformwerkzeug durch eine umlaufende Bewegung des Umformwerkzeuges erzeugt, wird das Anschlagelement bezüglich des Werkzeugdorns leicht verdreht, um das gewünschte Drehmoment an der Vorform zu erzeugen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Vorform beim Spannen am Werkzeugdorn gleichzeitig auch gegen das Anschlagelement gespannt, so dass bereits zu Beginn des Einformens die Vorform entsprechend in axialer Richtung eingespannt ist und schon zu Beginn des Drückwalzens das Anschlagelement ein entsprechendes Drehmoment an der Vorform erzeugen kann.

Alternativ ist es möglich, das Anschlagelement erst zu einem späteren Zeitpunkt mit der Vorform in Berührung zu bringen, so dass das Umformwerkzeug die Vorform zunächst axial auf die gewünschte Länge ausformt, bevor das Anschlagelement zum Einsatz kommt.

Da die Vorform üblicherweise nahe ihrer einen Stirnseite am Werkzeugdorn gehalten ist, sind die durch das Umformwerkzeug während des Einformens verursachten Torsionskräfte nahe dieser Stirnseite vergleichsweise gering, während sie mit zunehmendem Abstand des Umformwerkzeuges von der Einspannstelle zunehmen. Um eine besonders gleichmäßige Belastung der Werkzeugverzahnung während des gesamten Umformvorganges zu gewährleisten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens deshalb zusätzlich vorgeschlagen, das vom Anschlagelement in Umfangsrichtung der Vorform erzeugte Drehmoment zu erhöhen, je näher das Umformwerkzeug an das Anschlagelement heranbewegt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die während des Umformens bei der Relativbewegung des Umformwerkzeuges bezüglich des Werkzeugdorns in Richtung des Anschlagelementes zunehmenden Torsionskräfte durch Erhöhen des vom Anschlagelement verursachten Gegendrehmomentes auf einem zulässigen Maß gehalten werden.

Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, das vom Anschlagelement erzeugte Drehmoment mit geringer werdendem Abstand des Umformwerkzeuges zum Anschlagelement linear oder auch progressiv zu erhöhen, um die vom Anschlagelement erzeugte Torsionsspannung gezielt an die während des Einformens entstehenden Torsionskräfte anpassen zu können.

Das vom Anschlagelement in Umfangsrichtung der Vorform erzeugte Drehmoment wird vorzugsweise in Abhängigkeit bekannter Umformparameter wie dem Werkstoff, dem Umformgrad und Ähnlichem geregelt.

Bei der Erzeugung bestimmter Innenprofile am Werkstück, beispielsweise bei der Fertigung von Innen-Schrägverzahnungen, wird ferner vorgeschlagen, ein hülsenförmiges Anschlagelement zu verwenden, das ein Innenprofil aufweist, mit dem das Anschlagelement mit einem Abschnitt des am Werkzeugdorn ausgebildeten Außenprofils in Eingriff gebracht wird. Während des Einformens wird das Anschlagelement relativ zum Werkzeugdorn um die Rotationsachse derart gedreht, dass das Anschlagelement mit seinem Innenprofil unter Vorspannung am Außenprofil des Werkzeugdorns anliegt. In diesem Fall wird mit dem Anschlagelement nicht nur in Umfangsrichtung der Vorform gezielt ein Drehmoment erzeugt, sondern gleichzeitig die Werkzeugverzahnung des Außenprofils des Werkzeugdorns während des Einformens abgestützt, wodurch insbesondere bei hohen Umformkräften ein Ausbrechen der Werkzeugverzahnung am Außenprofil des Werkzeugdorns verhindert wird.

Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, die in Längsrichtung der Vorform vom Anschlagelement erzeugte Vorspannkraft während Einfor mens zu erhöhen, je näher das Umformwerkzeug an das Anschlagelement heranbewegt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass das in axialer Richtung fließende Material abgestützt und in radialer Richtung umgelenkt wird, damit die Werkzeugverzahnung am Außenprofil des Werkzeugdorns auch nahe dem Anschlagelement vollständig mit Material ausgefüllt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Drückwalzvorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Bei der erfindungsgemäßen Drückwalzvorrichtung, wie sie im Patentanspruch 9 angegeben ist, ist gleichfalls ein Werkzeugdorn mit einem Außenprofil zum Ausformen der Vorform, ein Umformwerkzeug sowie ein Anschlagelement vorgesehen. Zur Erzeugung des Drehmomentes an der Vorform ist an der erfindungsgemäßen Drückwalzvorrichtung eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, durch welche das Anschlagelement in Umfangsrichtung der Vorform um die Rotationsachse relativ zum Werkzeugdorn verstellbar ist. Mit Hilfe der Betätigungseinrichtung kann das Anschlagelement relativ zum Werkzeugdorn verstellt werden, um den zur Erzeugung des Drehmomentes gewünschten Versatz des Anschlagelementes zu der am Werkzeugdorn gespannten Vorform einzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Drückwalzvorrichtung weist die Betätigungseinrichtung eine Antriebseinheit auf, die durch ein Übertragungselement mit dem Anschlagelement gekoppelt ist, um das Anschlagelement um die Rotationsachse zu rotieren. Als Antriebseinheit wird hierzu beispielsweise ein elektrisch angesteuerter Servomotor oder auch ein Hydraulikmotor eingesetzt, mit dem die gewünschte Drehbewegung des Anschlagelementes eingestellt werden kann. Alternativ kann als Betätigungseinrichtung auch eine Brems einheit eingesetzt werden, die bei einem rotatorisch angetriebenen Werkzeugdorn das vom Werkzeugdorn mitangetriebene bzw. mitgeführte Anschlagelement zur Erzeugung des Drehmomentes gezielt abbremst.

Als Übertragungselement wird bei einer bevorzugten Weiterbildung der Ausführungsform ein Zahnriemen verwendet, der mit einem an der Antriebseinheit vorgesehenen Ritzel und mit einer am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung in Eingriff steht. Durch die Verwendung des Zahnriemens ist es möglich, bereits bestehende Drückwalzvorrichtung ohne großen Aufwand nachzurüsten. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das Anschlagelement, so fern gewünscht, von der Antriebseinheit ohne großen Aufwand zu entkoppeln.

Alternativ wird als Übertragungselement ein mit dem Antriebsritzel der Antriebseinheit in Eingriff stehendes Zahnrad eine Getriebeeinheit verwendet, die ihrerseits mit einer am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung in Eingriff steht. Als Getriebeeinheit wird beispielsweise ein einziges Zahnrad verwendet, das das Antriebsritzel der Antriebseinheit unmittelbar mit der am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung koppelt. Alternativ ist es auch möglich, die Getriebeeinheit als Unter- oder Übersetzungsgetriebe auszubilden, das aus mehreren, gegebenenfalls auch schaltbaren Zahnrädern aufgebaut ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Drückwalzvorrichtung wird als Betätigungseinrichtung mindestens ein am Anschlagelement oder am Werkzeugdorn vorgesehener Führungszapfen verwendet, der in einer am Werkzeugdorn oder am Anschlagelement ausgebildeten Nut geführt ist. Die Nut ist dabei so ausgebildet, dass das Anschlagelement bei einer Verschiebung entlang dem Werkzeugdorn eine rotatorische Bewegung bezüglich des Werkzeugdorns ausführt, wodurch in der am Werkzeugdorn gespannten Vorform die gewünschte Torsionsspannung erzeugt wird.

Die Nut kann bei dieser Ausführungsform der Betätigungseinrichtung schräg oder auch kurvenförmig ausgebildet sein.

Des Weiteren wird bei einer dritten möglichen Ausführungsform der Drückwalzvorrichtung vorgeschlagen, als Betätigtungseinrichtung eine das Anschlagelement mit dem Werkzeugdorn koppelnde Federanordnung zu verwenden, deren Federkraft in Umfangsrichtung des Anschlagelementes derart wirkt, dass die Federkraft mit zunehmender Verdrehung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung linear oder progressiv zunimmt. Die Verwendung einer Federanordnung als Betätigungseinrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Werkzeugdorn in Rotation versetzt wird, wobei das unter Vorspannung an der Vorform anliegende Anschlagelement mitgenommen wird. Kommt es während des Drückwalzens zur Bildung von Torsionsspannungen an der Vorform wird das Anschlagelement gegen die Kraft der Federanordnung bezüglich des Werkzeugdorns ausgelenkt. Mit zunehmender Verdrehung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung nimmt jedoch die Federkraft linear bzw. progressiv zu, so dass mit zunehmender durch das Drückwalzen erzeugter Torsionsspannung in der Vorform auch das vom Anschlagelement erzeugte Gegendrehmoment zunimmt. Durch die Verwendung der Federanordnung als Betätigungseinrichtung wird also ein unmittelbar von den tatsächlich wirkenden Umformbedingungen abhängiges Gegendrehmoment vom Anschlagelement erzeugt, durch das die gewünschten Gegentorsionsspannungen entstehen.
α

Um die in axialer Richtung des Werkzeugdorns wirkenden Vorspannkräfte des Anschlagelementes variieren zu können, wird ferner vorgeschlagen, das Anschlagelement in Längsrichtung des Werkzeugdorns verschieblich zu lagern, und durch eine Spannvorrichtung in Richtung des freien Endes des Werkzeugdorns vorspannbar zu gestalten. Dadurch ist es möglich, entsprechend den tatsächlichen Umformbedingungen während des Drückwalzens die Vorspannkräfte des Anschlagelementes in axialer Richtung einzustellen.

Um ein Durchrutschen der Vorform bezüglich des Anschlagelementes während des Drückwalzens zu verhindern, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Drückwalzvorrichtung ferner vorgeschlagen, die mit der Vorform in Berührung kommende Stirnseite des Anschlagelementes aufzurauhen, zu rändeln oder mit einer Verzahnung zu versehen, die beim Einspannen der Vorform mit der Vorform in Eingriff kommt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung mit einem verstellbaren Anschlagelement;
2 eine Schnittansicht eines zum ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen zweiten Ausführungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung, bei der das Anschlagelement eine mit der Außenverzahnung eines Werkzeugdorns in Eingriff stehende Innenverzahnung aufweist;
3 eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Drückwalzvorrichtung entlang der Schnittlinie A-A in 2;
4 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung, bei der als Betätigungseinrichtung für das Anschlagelement ein in eine Nut eingreifender Führungszapfen verwendet wird; und
5 eine Draufsicht auf die Nut mit darin geführtem Führungszapfen.
1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung 10. Die Drückwalzvorrichtung 10 weist einen Werkzeugdorn 11 auf, dessen nicht dargestelltes Ende in bekannter Weise an einem Rotationsantrieb der Drückwalzvorrichtung 10 angeflanscht ist. Am in 1 rechts dargestellten freien Ende des Werkzeugdorns 11 ist an dessen Außenumfangsfläche eine als Werkzeugverzahnung dienende Außenverzahnung 12 ausgebildet, mit der, wie später noch erläutert wird, das gewünschte Innenprofil im betreffenden Werkstück ausgeformt wird.
Vom Werkzeugdorn 11 steht konzentrisch zu dessen Rotationsachse R ein Zentrierdorn 13 von der Stirnseite des Werkzeugdorns 11 ab. Der Zentrierdorn 13 dient zum Ausrichten und Zentrieren eines Andrückelementes 14, das in axialer Richtung der Rotationsachse R zwischen einer Freigabestellung, in der es beabstandet zur Stirnseite des Werkzeugdorns 11 angeordnet ist, und einer Spannstellung bewegt werden kann, in der das Andrückelement 14 eine Vorform 15 an der Stirnseite des Werkzeugdorns 11 verspannt und sichert.
Des Weiteren weist die Drückwalzvorrichtung 10 ein auf den Werkzeugdorn 11 aufgeschobenes, hülsenförmiges Anschlagelement 16 auf, das an seinem dem Andrückelement 14 abgewandten Ende an Druckbolzen 17 einer in einem Gehäuse 18 aufgenommenen, nicht dargestellten Spannvorrichtung, beispielsweise einer Tellerfederanordnung, anliegt.
Am anderen Ende des Anschlagelementes 16 weist das Anschlagelement 16 einen Abschnitt 19 größeren Innendurchmessers auf, mit dem das Anschlagelement 16 über die am Werkzeugdorn 11 ausgebildete Außenverzahnung 12 geschoben werden kann, ohne dass das Anschlagelement 16 mit der Außenverzahnung 12 in Berührung kommt. An der Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 ist eine nicht dargestellte Verzahnung ausgebildet, deren Zweck später noch erläutert wird. Die Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 geht in einen sich kegelförmig erweiternden Mantelabschnitt 21 über, der seinerseits in einen zylindrischen Abschnitt des Anschlagelementes 16 ausläuft.
Als Umformwerkzeug werden bei der dargestellten Drückwalzvorrichtung 10 mehrere Wälzkörper 22 verwendet, die sich gleichmäßig verteilt an einem in einem Werkzeugträger 23 gehaltenen Außenring 24 abstützen. Die Wälzkörper 22 verlaufen unter einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Rotationsachse R des Werkzeugdorns 11 geneigt, wobei die Neigungswinkel der Wälzkörper 22 in etwa dem Kegelwinkel entsprechen, mit dem der kegelförmig erweiterte Mantelabschnitt 21 des Anschlagelementes 16 bezüglich der Rotationsachse R verläuft. Die Wälzkörper 22 sind in bekannter Weise mit Hilfe eines Tragkörpers 25 mit daran angeschraubten Halteelementen 26 gegen Herausfallen aus dem Werkzeugträger 23 gesichert. An Stelle des gezeigten Umformwerkzeuges kann beispielsweise auch eine einzelne Drückrolle verwendet werden.
Wie 1 ferner zu entnehmen ist, ist nahe der Druckbolzen 17 am Außenumfang des Anschlagelementes 16 eine Verzahnung 27 ausgebildet, die mit einem gestrichelt dargestellten Zahnriemen 28 einer Betätigungseinrichtung in Eingriff steht. Der Zahnriemen 28 steht seinerseits mit einem nicht dargestellten Antriebsritzel eines Stellmotors der Betätigungseinrichtung in Eingriff. Mit Hilfe des Zahnriemens 28 der Betätigungseinrichtung ist es möglich, das Anschlagelement 16, das unter einer Vorspannung von gegebenenfalls mehreren 100 kN an der Stirnseite der Vorform 15 anliegt und diese gegen das Andrückelement 14 drückt, bezüglich des Andrückelementes 14 in Umfangsrichtung der Vorform 15 zu verdrehen.
Zum Drückwalzen wird zunächst das Andrückelement 14 in seine Freigabestellung bewegt und anschließend die gegebenenfalls topfförmig tiefgezogene Vorform 15 auf den Werkzeugdorn 11 aufgeschoben. Anschließend wird das Andrückelement 14 in seine Spannstellung bewegt, in der es die Vorform 15 gegen die Stirnseite des Werkzeugdorns 11 drückt, wobei die Vorform 15 gleichzeitig mit der Stirnseite ihres topfförmigen Randabschnittes an der Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 zur Anlage kommt und dieses gegen die Kraft der nicht dargestellten Spanneinrichtung verlagert. Anschließend wird der Werkzeugdorn 11 gemeinsam mit dem Anschlagelement 16 und dem Andrückelement 14 in Drehung versetzt, während gleichzeitig der Werkzeugträger 23 ausgehend vom Andrückelement 14 in Richtung des Anschlagelementes 16 entlang der Rotationsachse R bewegt wird. Dabei kommen die Wälzkörper 22 des Werkzeugträgers 23 mit der Vorform 15 in Berührung, wobei das Material der Vorform 15 in die Außenverzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 derart gedrückt wird, dass die Innenverzahnung in der Vorform 15 ausgebildet wird. Während des Drückwalzvorganges verhindert das an der Stirnseite der Vorform 15 anliegende Anschlagelement 16 zumindest teilweise ein axiales F1ießen des Materials der Vorform 15 in Richtung der Rotationsachse R, so dass das Material durch die Drückkraft der Wälzkörper 22 in die Außenverzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 fließt. Um dennoch ein axiales Fließen des Materials zu ermöglichen, ist das Anschlagelement 16 verschieblich angeordnet und kann gegen die Kraft der nicht dargestellten Spannvorrichtung verlagert werden.
Durch die von den Wälzkörpern 22 verursachten Umformkräfte, kommt es zur Ausbildung von Torsionsspannungen in der Vorform 15. Je weiter das Umformwerkzeug mit seinen Wälzkörpern 22 vom Andrückelement 14 wegbewegt ist, führen die Umformkräfte aufgrund des zunehmenden Abstandes der betreffenden Umformstelle zum Einspannpunkt zu einer kontinuierlichen Zunahme der Torsionsspannungen in der Vorform 15.
Um ein zu starkes Tordieren der Vorform 15 zu vermeiden, wird nun das Anschlagelement 16 von der Betätigungseinrichtung mit Hilfe des Zahnriemens 28 bezüglich des Andrückelementes 14 um die Rotationsachse R so verdreht, dass die in der Vorform 15 durch das Drückwalzen entstehenden Torsionskräfte durch das entgegenwirkende Drehmoment und die dadurch verursachten entgegenwirkenden Torsionsspannungen zumindest teilweise ausgeglichen werden. Dabei verhindert die an der Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 ausgebildete Verzahnung, die mit der Stirnseite der Vorform 15 in Eingriff steht, ein Durchrutschen des Anschlagelementes 16 bezüglich der Vorform 15. Das Anschlagelement 16 bewirkt also ein Gegendrehmoment, das der durch die Wälzkörper 22 verursachten Verdrillung der Vorform 15 entgegenwirkt, so dass eine übermäßige Belastung der Abschnitte der Außenverzahnung 12, insbesondere nahe der Stirnseite der Vorform 15 verhindert wird.
Da die durch das Drückwalzen entstehenden Torsionskräfte mit zunehmendem Abstand des Umformwerkzeuges, d.h. der Wälzkörper 22, vom Andrückelement 14 zunehmen, wird das von der Betätigungseinrichtung erzeugte Gegendrehmoment, das durch das Anschlagelement 16 auf die Vorform 15 übertragen wird, gleichfalls linear oder, so fern dies erforderlich ist, auch progressiv durch die Steuerung des nicht dargestellten Stellmotors erhöht.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Drückwalzvorrichtung 10 wurde eine topfförmig ausgebildete Vorform 15 verwendet. Alternativ ist es auch möglich, anfänglich eine Ronde am Werkzeugdorn 11 einzuspannen, die durch eine entsprechend gestaltete Drückrolle zunächst in eine Topfform gewalzt wird.
In den 2 und 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Drückwalzvorrichtung 30 gezeigt, deren Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau der Drückwalzvorrichtung 10 entspricht, so dass identische Bauteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der einzige Unterschied der Drückwalzvorrichtung 30 zu der zuvor beschriebenen Drückwalzvorrichtung 10 besteht in dem verwendeten Anschlagelement 31.
Das Anschlagelement 31 entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Anschlagelement 16, wobei jedoch an dem Abschnitt 32 größeren Durchmessers eine Innenverzahnung 33 ausgebildet ist, die komplementär zu der am Werkzeugdorn 11 ausgebildeten Außenverzahnung 12 ausgebildet ist und mit dieser in Eingriff steht, wie 3 zeigt, wenn das Anschlagelement 31 an der Vorform 15 anliegt. Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Drückwalzvorrichtung 30 eine Betätigungseinrichtung auf, die mit Hilfe des Zahnriemens 28 das Anschlagelement 31 relativ zum Andrückelement 14 um die Rotationsachse R verdrehen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein relatives Verdrehen des Anschlagelementes 31 zum Andrückelement 14 nur so weit möglich, als es die miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen 12 und 33 zulassen. Das Anschlagelement 31 erfüllt folglich bei der Drückwalzvorrichtung 30 zusätzlich die Aufgabe, an den einzelnen Zähnen der Außenverzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 Stützkräfte zu erzeugen, die die einzelnen Zähne der Außenverzahnung 12 beim Drückwalzen abstützen, während das Anschlagelement 31 gleichzeitig ein entsprechendes Drehmoment an der Vorform 15 bewirkt, durch das ein Verdrillen der Vorform 15 während des Drückwalzens zumindest teilweise verhindert ist.
In den 4 und 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Drückwalzvorrichtung 14 nach der Erfindung offenbart. Der Aufbau der Drückwalzvorrichtung 40 entspricht gleichfalls im Wesentlichen dem Aufbau der Drückwalzvorrichtung 10, so dass identische Bauteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind. Einziger Unterschied der Drückwalzvorrichtung 40 gegenüber der Drückwalzvorrichtung 10 besteht in dem verwendeten Anschlagelement 41 und der gemeinsam mit dem Anschlagelement 41 verwendeten Betätigungseinrichtung 42. So weist die Betätigungseinrichtung 42 mehrere, gleichmäßig über den Umfang des Anschlagelementes 41 verteilte, an diesem befestigte Führungszapfen 43 auf, von denen in 4 aus Darstellungsgründen nur ein Führungszapfen 43 zu sehen ist. Jeder Führungszapfen 43 ragt radial nach innen in die Zentralbohrung des hülsenförmigen Anschlagelementes 41 in eine von mehreren an der Mantelfläche des Werkzeugdorns 44 ausgebildeten Stellnuten 45.
Wie 5 zeigt, in der eine der Stellnuten 45 in Draufsicht gezeigt ist, verlaufen die Stellnuten 45 unter einem Winkel α schräg zur Längsrichtung der Rotationsachse R, so dass bei einem Verschieben des Anschlagelementes 41 entlang des Werkzeugdorns 44 das Anschlagelement 41 durch die in den Stellnuten 45 aufgenommenen Führungszapfen 43 um die Rotationsachse R verdreht wird.
Wird nun während des Drückwalzens die Vorform 15 axial gelängt, bewirkt die axiale Längung der Vorform 15 in Richtung der Rotationsachse R eine Verlagerung des Anschlagelementes 41 gegen die Kraft der nicht dargestellten Spannvorrichtung. Durch die Verlagerung des Anschlagelementes 41 entlang dem Werkzeugdorn 44 wird das Anschlagelement 41 durch die mit den Stellnuten 45 in Eingriff stehenden Führungszapfen 43 relativ zu dem Andrückelement 14 verdreht, so dass an der Vorform 15 entsprechende Torsionsspannungen entstehen, die den während des Drückwalzens verursachten Torsionskräften entgegenwirken.
Bei einer Abwandlung des in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiels verlaufen die Stellnuten 45 kurvenförmig, so dass mit zunehmender axialer Verschiebung des Anschlagelementes 41 das von diesem erzeugte Gegendrehmoment entsprechend überproportional zunimmt.

Claims

Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks mit Innenprofil, bei dem – eine Vorform (15) des Werkstücks an einen Werkzeugdorn (11; 44) gespannt wird, der in seiner Längsrichtung mit einem Außenprofil (12) versehen ist, – zum Ausformen des Innenprofils eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn (11; 44) und einem Umformwerkzeug (22) um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns (11; 44) zusammenfallende Rotationsachse (R) ausgeführt wird, wobei das Umformwerkzeug (22) das Material der am Werkzeugdorn (11; 44) gespannten Vorform (15) in das Außenprofil (12) des Werkzeugdorns (11; 44) einformt, und – die Vorform (15) mit ihrer zum Werkzeugdorn (11; 44) gerichteten Stirnseite zumindest während des Einformens der Vorform (15) in das Außenprofil (12) an einem Anschlagelement (16; 31; 41) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Vorspannung an der Vorform (15) während des Einformens anliegende Anschlagelement (16; 31; 41) zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform (15) an dieser wirkenden, definierten Torsionsspannung ein definiertes Drehmoment auf die Vorform (15) ausübt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) zum Erzeugen des Drehmomentes relativ zum Werkzeugdorn (11; 44) verdreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (15) beim Spannen am Werkzeugdorn (11; 44) gleichzeitig gegen das Anschlagelement (16; 31; 41) gespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (22) während des Einformens eine Relativbewegung bezüglich des Werkzeugdorns (11; 44) entlang der Rotationsachse (1) in Richtung des Anschlagelementes (16; 31; 41) erfährt und dass das vom Anschlagelement (16; 31; 41) in Umfangsrichtung der Vorform (15) erzeugte Drehmoment erhöht wird, je näher das Umformwerkzeug (22) an das Anschlagelement (16; 31; 41) heranbewegt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment mit geringer werdendem Abstand des Umformwerkzeugs (22) zum Anschlagelement (16; 31; 41) linear oder progressiv erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Anschlagelement (16; 31; 41) in Umfangsrichtung der Vorform (15) erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit vom Werkstoff und/oder in Abhängigkeit vom Umformgrad und/oder in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment der Vorform (15) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein hülsenförmiges Anschlagelement (31) mit einem Innenprofil (33) verwendet wird, mit dem das Anschlagelement (31) mit einem Abschnitt des Außenprofils (12) des Werkzeugdorns (11; 44) vor dem Einformen oder während des Einformens in Eingriff gebracht wird, und dass das Anschlagelement (31) derart relativ zum Werkzeugdorn (11; 44) um die Rotationsachse (R) gedreht wird, dass das Anschlagelement (31) mit seinem Innenprofil (33) unter Vorspannung am Außenprofil (12) des Werkzeugdorns (11; 44) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (22) während des Einformens eine Relativbewegung bezüglich des Werkzeugdorns (11; 44) entlang der Rotationsachse (R) in Richtung des Anschlagelements (16; 31; 41) erfährt und dass die in Längsrichtung der Vorform (15) vom Anschlagelement (16; 31; 41) erzeugte Vorspannkraft erhöht wird, je näher das Umformwerkzeug (22) an das Anschlagelement (16; 31; 41) heranbewegt ist.
Drückwalzvorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit – einem Werkzeugdorn (11; 44), an dem ein Außenprofil (12) zum Ausformen eines Innenprofils an einer Vorform (15) ausgebildet ist, – einem Umformwerkzeug (22) zum Einformen von Material der Vorform (15) in das Außenprofil (12) während eines Drückwalzvorganges, wobei der Werkzeugdorn (11; 44) und das Umformwerkzeug (22) relativ zueinander um eine mit der Längsrichtung des Werkzeugdorns (11; 44) zusammenfallende Rotationsachse (R) rotierbar sind, und – einem am Werkzeugdorn (11; 44) vorgesehenen Anschlagelement (16; 31; 41), an dem die Vorform (15) zumindest während des Drückwalzens anliegt, dadurch gekennzeichnet, – dass das Anschlagelement (16; 31; 41) gegenüber dem Werkzeugdorn verdrehbar gelagert ist und – dass an der Drückwalzvorrichtung (10; 30; 40) eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Anschlagelement (16); 31; 41) derart zusammenwirkt, dass das Anschlagelement (16; 31, 41) beim Drückwalzen an der Vorform (15) ein Drehmoment ausübt.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine Antriebseinheit aufweist, die durch ein Übertragungselement (28) zum Rotieren des Anschlagelementes (16) um die Rotationsachse (R) mit dem Anschlagelement (16) gekoppelt ist.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein Zahnriemen (28) ist, der mit einem an der Antriebseinheit vorgesehenen Ritzel und mit einer am Anschlagelement (16) ausgebildeten Verzahnung (27) in Eingriff steht.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein mit dem Antriebsritzel der Antriebseinheit in Eingriff stehendes Zahnrad einer Getriebeeinheit ist und dass die aus mindestens einem Zahnrad gebildete Getriebeeinheit mit einer am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung in Eingriff steht.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung mindestens einen am Anschlagelement (41) oder am Werkzeugdorn (41) vorgesehenen Führungszapfen (43) aufweist, der in einer am Werkzeugdorn (44) oder am Anschlagelement (41) ausgebildeten Nut (45) derart geführt ist, dass das Anschlagelement (41) bei einer Verschiebung entlang dem Werkzeugdorn (44) eine rotatorische Bewegung bezüglich des Werkzeugdorns (44) ausführt.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (45) schräg oder kurvenförmig bezüglich der Verschieberichtung des Anschlagelementes (41) verläuft.
Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine das Anschlagelement mit dem Werkzeugdorn koppelnde Federanordnung aufweist, deren Federkraft in Umfangsrichtung des Anschlagelementes derart wirkt, dass die Federkraft mit zunehmender Verdrehung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung linear oder progressiv zunimmt.
Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) in Längsrichtung des Werkzeugdorns (11; 44) verschieblich gelagert und durch eine Spannvorrichtung (17) in Richtung des freien Endes des Werkzeugdorns (11; 44) vorspannbar ist.
Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das am Werkzeugdorn (11) ausgebildete Außenprofil (12) eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung ist und dass das Anschlagelement (31) eine entsprechend gestaltete Innenverzahnung (33) aufweist, mit der das Anschlagelement (31) mit der am Werkzeugdorn (11) ausgebildeten Außenverzahnung (12) in Eingriff bringbar ist.
Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) an seiner mit der Vorform (15) in Berührung kommenden Stirnseite (20) aufgerauht, gerändelt oder verzahnt ist.