DE10316249A1 - Process for forming a workpiece and rolling machine - Google Patents
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Abstract
Gemäß der Erfindung werden thermische und mechanische Form- oder Volumenveränderungen in einer Walzmaschine korrigiert, indem die relative Lage der Walzen oder Werkzeuge zueinander während der Umformung bestimmt wird und nach der Umformung auf eine Soll-Relativlage korrigiert wird, wenn unzulässige Abweichungen von der Soll-Relativlage auftreten.According to the invention, thermal and mechanical changes in shape or volume in a rolling machine are corrected by determining the relative position of the rolls or tools relative to one another during the shaping and correcting to a desired relative position after the shaping if inadmissible deviations from the desired relative position occur.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes und eine Walzmaschine, die zum Durchführen des Verfahrens geeignet ist.The invention relates to a method for forming a workpiece and a rolling machine suitable for performing the method is.
Zum Umformen von Werkstücken aus einer Ausgangsform in eine gewünschte Zwischenform (Halbzeug, Vorformen) oder Endform (Fertigprodukt, Fertigformen) sind neben vielen anderen Verfahren auch Walzverfahren bekannt, die zu den Druckumformverfahren gezählt werden. Beim Walzen wird das Werkstück (Walzgut) zwischen zwei rotierenden Walzen angeordnet und durch Ausüben eines Umformdrucks durch die rotierenden Walzen in seiner Form verändert. Beim Profilwalzverfahren sind Werkzeugprofile am Umfang der Walzen angeordnet, die die Erzeugung entsprechender Profile im Werkstück ermöglichen. Beim Flachwalzen wirken die zylindrischen oder kegeligen Außenflächen der Walzen unmittelbar auf das Werkstück.For forming workpieces from an initial form into a desired one Intermediate form (semi-finished, preforming) or final form (finished product, finished forms) besides many other processes, rolling processes are also known, which are counted among the pressure forming processes. When rolling it will workpiece (Rolling stock) arranged between two rotating rollers and through exercise of a forming pressure changed in shape by the rotating rollers. At the Profile rolling processes are tool profiles arranged on the circumference of the rollers, which enable the creation of corresponding profiles in the workpiece. When rolling flat, the cylindrical or conical outer surfaces of the Roll directly onto the workpiece.
Bezüglich der Relativbewegung der Werkzeuge oder Walzen einerseits und des Werkstückes andererseits unterteilt man Walzverfahren in Längswalzen, Querwalzen und Schrägwalzen. Beim Längswalzen wird das Werkstück senkrecht zu den Drehachsen der Walzen in einer translatorischen Bewegung und meist ohne Drehung durch den Zwischenraum zwischen den Walzen (Walzenspalt) bewegt. Beim Querwalzen bewegt sich das Werkstück nicht translatorisch bezüglich der Walzen oder deren Drehachsen, sondern dreht sich nur um seine eigene Achse, die üblicherweise eine Hauptträgheitsachse, insbesondere die Symmetrieachse bei einem rotationssymmetrischen Werkstück, ist. Bei Kombination beider Bewegungsarten beim Längswalzen und beim Querwalzen spricht man von Schrägwalzen. Die Walzen stehen dabei in der Regel schräg zueinander und zum Werkstück, das txanslatorisch und rotatorisch bewegt wird.Regarding the relative movement of the Tools or rollers on the one hand and the workpiece on the other divided rolling processes in longitudinal rolls, Cross rolls and cross rolls. During longitudinal rolling becomes the workpiece perpendicular to the axes of rotation of the rollers in a translatory Movement and mostly without rotation through the space between the rollers (nip) moved. This moves with cross rolling Workpiece not translationally related of the rollers or their axes of rotation, but only revolves around its own axis, which is usually a major axis of inertia, in particular is the axis of symmetry for a rotationally symmetrical workpiece. When combining both types of movement in longitudinal rolling and transverse rolling one speaks of cross rolls. The rollers are usually at an angle to each other and to the workpiece txanslatorisch and rotatory is moved.
Profilquerwalzmaschinen, bei denen zwei Walzen mit am Außenumfang angeordneten keilförmigen Profilwerkzeugen um zueinander parallele Drehachsen gleichsinnig rotieren, bezeichnet man mitunter auch als Querkeilwalzen. Die Werkzeuge weisen dabei eine keilförmige oder im Querschnitt dreieckförmige Geometrie auf und können entlang des Umfangs in ihrer axialen Abmessung in einer Richtung zunehmen und/oder schräg zur Drehachse der Walzen verlaufen.Profile cross rolling machines where two rollers with on the outer circumference arranged wedge-shaped Profile tools in the same direction around mutually parallel axes of rotation rotate, is sometimes referred to as cross wedge rolling. The tools point thereby a wedge-shaped or triangular in cross section Geometry on and can along the circumference in its axial dimension in one direction gain weight and / or at an angle run to the axis of rotation of the rollers.
Diese Querkeilwalzen oder Profilquerwalzen erlauben ein vielfältiges Umformen von Werkstücken in hoher Präzision oder Maßgenauigkeit. Infolge der von den keilförmigen Werkzeugen auf das Werkstück ausgeübten Druckkraft wird dabei die Materialverteilung im Werkstück während des Umlaufs der Walzen durch einen Fließvorgang im Werkstück verändert. Die keilförmigen Werkzeuge können umlaufende Nuten und andere Verjüngungen in dem rotierenden Werkstück erzeugen. Durch den axialen Versatz in Umfangsrichtung oder die schräge Anordnung der Werkzeugkeile relativ zur Drehachse können beispielsweise axial zur Drehachse sich ändernde Strukturen und Verjüngungen im Werkstück erzeugt werden. Durch die Zunahme oder Abnahme des Außendurchmessers der Werkzeugkeile beim Verlauf um die Drehachse können in Kombination mit der schrägen Anordnung axial verlaufende Schrägen und kontinuierliche Ubergänge zwischen zwei Verjüngungen unterschiedlichen Durchmessers im Werkstück erzeugt werden. Die Keilform der Werkzeuge erlaubt die Herstellung feiner Strukturen durch die Keilaußenkanten oder -außenflächen. Besonders geeignet sind Querkeilwalzen zum Herstellen von langgestreckten, rotationssymmetrischen Werkstücken mit Einschnürungen oder Erhöhungen wie Nocken oder Rippen.These cross wedge rollers or profile cross rollers allow a diverse Forming workpieces in high precision or dimensional accuracy. As a result of the wedge-shaped Tools applied pressure force on the workpiece the material distribution in the workpiece during the rotation of the rollers a flow process in the workpiece changed. The wedge-shaped Tools can circumferential grooves and other tapering in the rotating workpiece produce. Due to the axial offset in the circumferential direction or slope Arrangement of the tool wedges relative to the axis of rotation can, for example Structures that change axially to the axis of rotation and rejuvenation in the workpiece be generated. By increasing or decreasing the outside diameter the tool wedges when running around the axis of rotation can be in Combination with the oblique Arrangement of axially extending slopes and continuous transitions between two tapers different diameters can be generated in the workpiece. The wedge shape of the tools allows the production of fine structures through the Wedge outer edges or outside surfaces. Particularly suitable are cross wedge rollers for the production of elongated, rotationally symmetrical workpieces with constrictions or increases like cams or ribs.
Die Umformdruckkraft sowie die Umformtemperatur sind abhängig von dem Werkstoff, aus dem das Werkstück besteht, sowie von den Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität nach der Umformung. Insbesondere bei Eisen- oder Stahlwerkstoffen wird üblicherweise die Umformung beim Walzen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, um die zum Umformen erforderliche Umformbarkeit oder Fließfähigkeit des Werkstoffes zu erreichen. Diese, insbesondere beim Schmieden auftretenden, Temperaturen können bei einer sogenannten Kaltumformung im Bereich von Raumtemperatur, bei einer Halbwarmumformung zwischen 550°C und 750°C und bei einer sogenannten Warmumformung oberhalb 900°C liegen.The forming pressure force and the forming temperature are dependent the material from which the workpiece is made and the requirements the dimensional accuracy and surface quality after the Forming. Especially with iron or steel materials is common the forming is carried out during rolling at elevated temperatures the formability or flowability required for forming to achieve the material. These, especially those that occur during forging, Temperatures can with a so-called cold forming in the range of room temperature, with a semi-hot forming between 550 ° C and 750 ° C and with a so-called Hot forming above 900 ° C lie.
Es sind Querkeilwalzmaschinen (oder: Profilquerwalzmaschinen) bekannt, bei denen die Werkstücke zu Beginn des Walzprozesses mittels einer Positioniereinrichtung, die zwei Positionierträger (sogenannte Leitlineale) umfasst, in eine Ausgangsposition zwischen den beiden Walzen, die üblicherweise der geometrischen Mitte oder der Mitte des Walzenspaltes entspricht, positioniert. Die Position der Walzen und ihr Abstand zueinander werden dabei vorab fest eingestellt. Nun werden die Positionierträger der Positioniereinrichtung zurückgezogen, so dass sich das Werkstück frei zwischen den Walzen dreht und zwischen den Werkzeugen in die gewünschte Form geknetet wird. Nach diesem Walz- oder Knetvorgang und der entsprechenden Fertigstellung des Werkstückes wird das Werkstück über eine Aussparung im rotierenden Walzwerkzeug erfasst und ausgeworfen.They are cross wedge rolling machines (or: Profile cross rolling machines) known, where the workpieces at the beginning of the rolling process by means of a positioning device, the two locating gate (so-called guidelines) in a starting position between the two rollers, usually the corresponds to the geometric center or the center of the nip, positioned. The position of the rollers and their distance from each other are fixed in advance. Now the positioning supports of the positioning device withdrawn, so that the workpiece freely rotates between the rollers and between the tools in the desired Shape is kneaded. After this rolling or kneading process and the corresponding Completion of the workpiece the workpiece is over a Recess in the rotating rolling tool captured and ejected.
Aus
Die
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Umformen von Werkstücken und eine neue Walzmaschine, mit der dieses Verfahren durchführbar ist, anzugeben.The object of the invention is now based on a new process for forming workpieces and a new rolling machine with which this method can be carried out, specify.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This task is carried out with regard to the Method according to the invention solved with the features of claim 1.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Umformen eines Werkstücks umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Umformen des Werkstücks während einer Umformphase (oder: eines Umformschrittes, eines Umformprozesses) zwischen den Oberflächen oder Werkzeugen wenigstens zweier um jeweils eine Drehachse (oder: Rotationsachse) rotierender Walzen,
- b) Ermitteln (oder: Erfassen, Bestimmen), insbesondere Messen, der relativen Lage (oder: Relativlage, Relativposition) der Drehachsen der Walzen zueinander,
- c) Vergleich der ermittelten relativen Lage (oder: Ist-Relativposition, Istwert der relativen Lage) mit einer vorgegebenem Soll-Relativlage (oder: Sollwerte) der relativen Lage),
- d) Kompensation oder Ausgleich einer außerhalb eines Toleranzbereiches liegenden (oder: unzulässigen) Abweichung (oder: Differenz) der ermittelten relativen Lage von der Soll-Relativlage durch Stellen (oder: Korrigieren, Steuern) der relativen (Ist-)Lage der Drehachsen.
- a) shaping the workpiece during a shaping phase (or: a shaping step, a shaping process) between the surfaces or tools of at least two rollers each rotating about an axis of rotation (or: axis of rotation),
- b) determining (or: detecting, determining), in particular measuring, the relative position (or: relative position, relative position) of the axes of rotation of the rollers to one another,
- c) comparison of the determined relative position (or: actual relative position, actual value of the relative position) with a predetermined target relative position (or: target values) of the relative position),
- d) Compensation or compensation of a (or: inadmissible) deviation (or: difference) of the determined relative position from the target relative position by setting (or: correcting, controlling) the relative (actual) position of the axes of rotation.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Walzmaschine gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 29.The task is regarding Rolling machine according to the invention solved with the features of claim 29.
Die Walzmaschine gemäß Anspruch 29 ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet und vorzugsweise auch bestimmt und umfasst
- a) wenigstens zwei um jeweils eine Drehachse rotierbare oder rotierende, insbesondere mit Werkzeugen bestückbare oder bestückte, Walzen (oder: Arbeitswalzen),
- b) wenigstens einen Rotationsantrieb zum Rotieren der Walzen während einer Umformphase zum Umformen eines zwischen den Walzen anordenbaren oder angeordneten Werkstücks,
- c) wenigstens einen Stellantrieb zum Einstellen der Positionen) der Drehachse(n) einer der Walzen oder beider Walzen und
- d) eine Einrichtung zum Ermitteln der relativen Lage der Drehachsen der Walzen zueinander, insbesondere während der Umformphase sowie
- e) eine mit der Einrichtung zum Ermitteln der relativen Lage der Drehachsen und mit jedem Stellantrieb verbundene (oder: in Wirkverbindung stehende) Kontrolleinrichtung zum Korrigieren der relativen Lage der Drehachsen der Walzen auf eine Soll-Relativlage mittels des oder der Stellantriebe(s).
- a) at least two rollers (or: work rollers) which can be rotated or rotated about an axis of rotation, in particular equipped or equipped with tools,
- b) at least one rotary drive for rotating the rolls during a forming phase for forming a workpiece that can be arranged or arranged between the rolls,
- c) at least one actuator for adjusting the positions) of the axis of rotation (s) of one of the rollers or both rollers and
- d) a device for determining the relative position of the axes of rotation of the rolls to one another, in particular during the forming phase and
- e) a control device connected to the device for determining the relative position of the axes of rotation and to each actuator (or in operative connection) for correcting the relative position of the axes of rotation of the rollers to a desired relative position by means of the actuator (s).
Unter dem Begriff „Umformen" wird dabei jede Umwandlung der Form eines Werkstückes in eine andere Form verstanden, wie auch eingangs beschrieben, einschließlich Vorformen und Fertigformen. Die Drehachsen der Walzen sind als geometrische oder mathematische Achsen im (euklidischen, dreidimensionalen) Raum zu verstehen, um die sich die Walzen drehen. Kraftübertragende oder mechanische Achsen werden in dieser Anmeldung dagegen als Wellen bezeichnet.Everyone under the term "forming" Conversion of the shape of a workpiece understood in another form, as also described above, including preforms and finished molds. The axes of rotation of the rollers are geometrical or mathematical axes in (Euclidean, three-dimensional) space to understand about which the reels are rotating. Transmitting power or mechanical axes, on the other hand, are referred to as shafts in this application designated.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass während des Umformprozesses eines Werkstückes oder eines Prozesses mit mehreren aufeinanderfolgenden Umformprozessen beim Bearbeiten mehrerer Werkstücke Ausdehnungen oder Kontraktionen innerhalb der Walzmaschine, insbesondere in der Trägereinrichtung der Walzen oder auch innerhalb der Walzen und Werkzeuge selbst, auftreten. Verursacht werden diese Form- und Volumenänderungen insbesondere durch die beim Umformen wirkenden Kräfte (mechanische Ausdehnung oder Kontraktion) und durch das Einbringen des bei Warm- oder Heißumformung auf relativ hohen Temperaturen befindlichen Werkstückes und die damit verbundenen zeitlichen und räumlichen Temperaturänderungen., die zu thermischer Ausdehnung oder Kontraktion führen.The invention is based on the knowledge that while the forming process of a workpiece or a process with several successive forming processes when machining several workpieces Expansion or contraction within the rolling machine, in particular in the carrier device of the rollers or even within the rollers and tools themselves, occur. These changes in shape and volume are caused in particular due to the forces (mechanical Expansion or contraction) and by introducing the warm or hot forming workpiece located at relatively high temperatures and the associated temporal and spatial temperature changes., which lead to thermal expansion or contraction.
Diese Veränderungen der Form oder des Volumens in der Walzmaschine sind somit Störgrößen des Prozesses und verändern nachteilig die für den Umformprozess optimalen oder voreingestellten Relativpositionen der Walzen oder Werkzeuge zueinander.These changes in shape or Volume in the rolling machine are therefore disturbances of the process and change disadvantageously the for the forming process optimal or preset relative positions of the rollers or tools to each other.
Gemäß der Erfindung wird zum automatisch oder selbsttätig durchführbaren Ausgleich (oder: zur Kompensation oder Korrektur) der genannten thermischen und mechanischen Form- oder Volumenveränderungen die relative Lage der Walzen oder Werkzeuge im Raum zueinander bestimmt (oder: ermittelt), insbesondere gemessen, und in einem Anpass- oder Korrekturschritt angepasst, wenn unzulässige oder nicht tolerierbare Abweichungen von einer für den Umformprozess vorgegebenen oder optimalen Soll-Relativlage der Drehachsen auftreten. Es wird also bei dieser Fehlerkompensation nicht die Drehposition der Walzen oder Werkzeuge um ihre Drehachsen, die für die Umformung des Werkstücks maßgeblich ist, beeinflusst, sondern die Raumposition der Walzen oder Werkzeuge, die durch die Position der Drehachsen der Walzen oder eines dazu ortsfesten oder translationsinvarianten Raumpunktes definiert werden kann. Die relative Lage der Walzendrehachsen bestimmt auch die Position der Walzen oder der Werkzeuge relativ zum Werkstück bei vorgegebenen Drehpositionen der Walzen.According to the invention, for the automatic or automatic compensation (or: for compensation or correction) of the thermal and mechanical changes in shape or volume, the relative position of the rollers or tools in space is determined (or: determined), in particular measured, and in one Adjustment or correction step adjusted if inadmissible or intolerable deviations from one for the forming process predetermined or optimal target relative position of the axes of rotation occur. This error compensation does not affect the rotational position of the rollers or tools around their axes of rotation, which is decisive for the forming of the workpiece, but rather the spatial position of the rollers or tools, which is determined by the position of the axes of rotation of the rollers or a stationary or translational invariant Spatial point can be defined. The relative position of the roller axes of rotation also determines the position of the rollers or the tools relative to the workpiece at predetermined rotational positions of the rollers.
Es wird also gemäß der Erfindung insbesondere eine Steuerung, Korrektur oder Regelung durchgeführt, deren Steuer-, Korrektur- bzw. Regelgröße die relative Lage der Drehachsen der Walzen ist. Soweit in dieser Anmeldung von Sollwerten oder Sollgrößen gesprochen wird, wird darunter neben einer Konstanten auch eine Variable oder eine Führungsgröße verstanden.So it becomes particular according to the invention a control, correction or regulation carried out, the control, correction or controlled variable the relative Position of the axes of rotation of the rollers is. As far as in this application from Target values or target variables spoken next to a constant there is also a variable or understood a leader.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sowie der Walzmaschine ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 29 jeweils abhängigen Ansprüchen.Advantageous configurations and Further developments of the method and the rolling machine result from the claims dependent on claim 1 and claim 29, respectively.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform wird die relative Lage der Drehachsen der Walzen während der Umformphase ermittelt, vorzugsweise bei einer vorgegebenen Drehwinkelstellung wenigstens einer der Walzen und/oder einer vorgegebenen Kraftbelastung der Walze(n) oder Umformkraft. Es kann dann insbesondere eine Drehwinkelsensoreinrichtung zum Bestimmen des Walzendrehwinkels und/oder eine Kraftsensoreinrichtung zur Bestimmung der Umformkraft vorgesehen sein.In a first advantageous embodiment the relative position of the axes of rotation of the rollers during the Forming phase determined, preferably at least at a predetermined angle of rotation position one of the rollers and / or a predetermined force load of the Roll (s) or forming force. It can then in particular be a rotation angle sensor device to determine the roll rotation angle and / or a force sensor device be provided for determining the forming force.
Die Korrektur der relativen Lage der Drehachsen der Walzen kann nun in Echtzeit oder unmittelbar während der Umformphase, insbesondere im Rahmen einer kontinuierlichen oder in kleinen Zeitintervallen erfolgenden Regelung, vorgenommen werden. Die Soll-Relativlage entspricht dann der gewünschten Walzenlage während der Umformung.The correction of the relative position the axes of rotation of the rollers can now be in real time or immediately while the forming phase, especially as part of a continuous or regulation taking place in small time intervals. The target relative position then corresponds to the desired roll position during the Forming.
Vorzugsweise wird jedoch die, insbesondere während der Umformphase, bestimmte Istlage der relativen Lage der Walzendrehachsen erst nach oder auch vor der Umformung und/oder nach Auswerfen des Werkstücks aus dem Zwischenraum zwischen den Werkzeugen oder den Walzen und/oder in einem umformkraftentlasteten Zustand der Walzen auf eine Soll-Relativlage korrigiert. Die Soll-Relativlage ist dann gegebenenfalls auf eine Solllage im belasteten Zustand oder während der Umformphase abgestimmt.However, preferably, especially during the Forming phase, specific actual position of the relative position of the roll rotation axes only after or before forming and / or after ejecting the workpiece from the space between the tools or the rollers and / or in a state where the rollers are relieved of forming force to a target relative position corrected. The target relative position is then possibly to a Target position in the loaded state or during the forming phase coordinated.
In einem typischen Umformprozess werden mehrere Werkstücke in aufeinanderfolgenden Umformphasen nacheinander zwischen den Walzen oder den Werkzeugen der Walzen umgeformt und nach den zugehörigen Umformphasen aus dem Zwischenraum zwischen den Walzen oder den Werkzeugen ausgeworfen. Es wird nun vorzugsweise in jeder oder jeder n-ten (mit einer natürlichen Zahl n größer 1) Umformphase die relative Lage der Drehachsen der Walzen ermittelt und nach jeder oder jeder n-ten Umformphase und/oder nach Auswerfen des jeweiligen Werkstücks die Korrektur der relativen Lage der Drehachsen der Walzen durchgeführt.In a typical forming process become several workpieces in successive forming phases one after the other between the rolls or the tools of the rolls and after the corresponding forming phases ejected from the space between the rollers or the tools. It is now preferably in every or every nth (with a natural Number n greater than 1) forming phase the relative position of the axes of rotation of the rollers determined and after each or every nth forming phase and / or after ejection of the respective one workpiece corrected the relative position of the axes of rotation of the rollers.
Die Walzen sind im Allgemeinen in jeweils zwei Lagereinrichtungen rotierbar oder rotierend gelagert.The rollers are generally in two storage devices each rotatable or rotating.
Es kann nun zur Korrektur der relativen Lage der Walzen zueinander in einer einfachen Ausführungsform nur die Position der Drehachse einer der Walzen auf eine Sollposition geregelt oder gesteuert werden und die Position der Drehachse der anderen Walze(n) dagegen unverändert oder ortsfest zur Umgebung, insbesondere zum Erdboden, bleiben. Hier kann insbesondere die untere Walze ortsfest bleiben und nur die obere Walze verstellt werden.It can now be used to correct the relative Location of the rollers to each other in a simple embodiment only the position of the axis of rotation of one of the rollers to a desired position be regulated or controlled and the position of the axis of rotation of the other roller (s), however, unchanged or remain stationary to the environment, especially to the ground. Here in particular the lower roller can remain stationary and only the upper roller can be adjusted.
Vorzugsweise sind aber die Positionen der Drehachsen beider Walzen zur Korrektur der Relativposition ihrer Drehachsen verstellbar oder veränderbar und auf zugehörige Sollpositionen regelbar oder korrigierbar. Es können die Walzen nun entweder unabhängig voneinander, d.h. ohne eine Kopplung ihrer Bewegung, mit eigenen Stellantrieben oder auch abhängig voneinander, d.h. mit einer steuerungstechnischen oder mechanischen Kopplung, einstellbar sein oder eingestellt werden. Es können aber auch die Bewegungen und Positionen der Drehachsen beider Walzen derart miteinander gekoppelt sein, dass die Drehachsen beider Walzen gleichzeitig, vorzugsweise auch mit der gleichen Geschwindigkeit, auf eine zwischen den Walzen liegende Referenzposition, vorzugsweise die Mittelachse, zu oder von dieser weg bewegbar sind oder bewegt werden. Eine solche synchrone Bewegung kann insbesondere mit unabhängigen Stellantrieben durch eine gemeinsame Ansteuerung oder auch durch eine mechanische Kopplung mit Getriebe(n) realisiert werden.However, the positions are preferred the axes of rotation of both rollers to correct the relative position of their Rotation axes adjustable or changeable and related Target positions can be regulated or corrected. The reels can now either independently from each other, i.e. without coupling their movement, with their own Actuators or dependent from each other, i.e. with a control or mechanical Coupling, adjustable or can be set. But it can also the movements and positions of the axes of rotation of both rollers be coupled to one another such that the axes of rotation of both rollers at the same time, preferably also at the same speed, to a reference position lying between the rollers, preferably the central axis can be moved or moved away from it become. Such a synchronous movement can be achieved in particular with independent actuators by a common control or by a mechanical Coupling with gearbox (s) can be realized.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden zur Ermittlung der relativen Lage der Drehachsen der Walzen ein Abstand an einer Stelle oder zwei Abstände an unterschiedlichen Stellen der Drehachsen von wenigstens zwei Walzen voneinander oder jeweils ein oder zwei Abstände jeder Drehachse zu einer Mittelachse zwischen den beiden Walzen ermittelt und dieser) ermittelte Abstand/Abstände zur Korrektur der relativen Lage der Drehachsen auf die Soll-Relativlage herangezogen. Insbesondere kann jeder ermittelte Abstand für sich mit einem zugehörigen Sollabstand verglichen werden und bei einer Abweichung von dem Sollabstand außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches auf den Sollabstand korrigiert werden. Es ist aber auch möglich, aus den einzelne Abständen (oder Positionen) eine geometrische Relativlage der Drehachsen rechnerisch zu ermitteln und diese zu korrigieren.In a further advantageous embodiment are used to determine the relative position of the axes of rotation of the rollers one distance in one place or two distances in different places the axes of rotation of at least two rollers from each other or each a distance or two each axis of rotation to a central axis between the two rollers determined and this) determined distance / distances for the correction of the relative Position of the axes of rotation used to the target relative position. In particular can each determined distance for yourself with an associated Target distance are compared and if there is a deviation from the target distance outside corrected a specified tolerance range to the target distance become. But it is also possible from the individual distances (or positions) a geometric relative position of the axes of rotation to determine and correct them.
Die Mittelachse (oder: geometrischen Mitte, Mittellage) im zur Aufnahme des Werkstücks vorgesehenen Zwischenraum zwischen den Walzen oder Werkzeugen kann insbesondere durch eine Positioniereinrichtung zum Positionieren des Werkstücks zwischen den Walzen definiert sein, wobei die Mittelachse innerhalb einer Bewegungsebene oder auf einer Bewegungsachse zweier zueinander beweglicher Positionierteile der Positioniereinrichtung zum Festhalten des Werkstücks zwischen den beiden Positionierteilen liegen kann. Diese Bestimmung der Walzenpositionen oder des Walzenabstandes relativ zum Werkstück hat den Vorteil, dass durch die in der Lage relativ zum Werkstück ortsfesten Positioniereinrichtung eine zuverlässige Referenzposition begründet ist, die die Lage des Werkstücks definiert. Die Abstände der Drehachsen zu der Mittelachse stehen überdies in eindeutigem Zusammenhang zu den Abständen der Drehachsen zueinander.The center axis (or: geometric center, center position) in the space between the rollers or intended for receiving the workpiece Tools can in particular be defined by a positioning device for positioning the workpiece between the rollers, the central axis being able to lie between the two positioning parts within a movement plane or on a movement axis of two positioning parts of the positioning device which can move relative to one another. This determination of the roller positions or the roller spacing relative to the workpiece has the advantage that a reliable reference position is defined by the positioning device that is stationary relative to the workpiece and that defines the position of the workpiece. The distances between the axes of rotation and the central axis are also clearly related to the distances between the axes of rotation.
Die Ermittlung der relativen Lage der Drehachsen zueinander kann also in nur einer Dimension oder Projektion auf eine Koordinatenrichtung (Raumrichtung) oder in zwei oder sogar drei Dimensionen oder Koordinatenrichtungen erfolgen.Determining the relative location the axes of rotation to one another can therefore only be in one dimension or Projection on one coordinate direction (spatial direction) or in two or even three dimensions or coordinate directions.
Zum Messen der Positionen) oder des Abstandes/der Abstände der Drehachsen der Walzen umfasst die Walzmaschine im Allgemeinen eine Messeinrichtung, die insbesondere wenigstens einen Ultraschallsensor und/oder einen optischen Sensor und/oder einen induktiven Sensor und/oder einen magnetischen Sensor umfasst. Insbesondere können die Abstände zwischen den Lagereinrichtungen und der Positioniereinrichtung gemessen werden, wobei die Sensoren an deren Außenseiten angebracht werden können.For measuring the positions) or the Distance (s) the axes of rotation of the rolls generally encompass the rolling machine a measuring device, in particular at least one ultrasonic sensor and / or an optical sensor and / or an inductive sensor and / or a magnetic sensor. In particular, the distances measured between the bearing devices and the positioning device with the sensors attached to the outside of them can.
Zur Einstellung der relativen Lage der Drehachsen der Walzen zueinander werden in einer vorteilhaften Ausführungsform eine der beiden Lagereinrichtungen oder beide Lagereinrichtungen wenigstens einer Walze über wenigstens einen Stellantrieb bewegt.For setting the relative position the axes of rotation of the rollers to each other are advantageous embodiment one of the two storage facilities or both storage facilities at least one roller over moved at least one actuator.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird oder werden die verstellbaren Walze(n) oder deren Lagereinrichtungen) zur Korrektur der relativen Lage auf die Soll-Relativlage oder zur Einstellung der Positionen) ihrer Drehachse(n) oder des Abstandes der Drehachsen der Walzen linear (oder: geradlinig, translatorisch) bewegt. Eine lineare, rein translatorische Bewegung ist antriebstechnisch einfach zu realisieren. Die Bewegungsrichtung der linearen Bewegung oder Verschiebung der Walze(n) ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht (oder: orthogonal) zu den Drehachsen der Walzen gerichtet. Ferner kann die Bewegung insbesondere in einer vertikalen Richtung, d.h. paral lel zur Gravitationskraft, erfolgen. Auch eine andere Bewegungsart für die Walzen kann vorteilhaft sein, besonders bei asymmetrischen thermischen oder mechanischen Form- oder Volumenänderungen in der Walzmaschine, so beispielsweise eine Rotations- oder Kippbewegung oder eine aus translatorischer und rotatorischer Bewegung zusammengesetzte oder entlang einer vorgegebenen, nicht geradlinigen Trajektorie (oder: Bewegungsweg) erfolgende Bewegung der Drehachsen. Die Bewegung der Drehachsen der Walzen kann also mit einem, zwei oder auch drei Bewegungsfreiheitsgraden erfolgen. Um grundsätzlich sowohl lineare Bewegungen als auch Schwenkbewegungen der Drehachse(n) zuzulassen, wird eine zu verstellende Drehachse vorzugsweise in zwei Angriffspunkten außerhalb der Walze bewegt, die insbesondere in Lagereinrichtungen der Walze liegen können.In a preferred embodiment will or will the adjustable roller (s) or their storage facilities) to correct the relative position to the target relative position or Setting the positions) of their axis of rotation (s) or the distance the axes of rotation of the rollers are linear (or: straight, translatory) emotional. A linear, purely translatory movement is drive technology easy to implement. The direction of movement of the linear movement or displacement of the roller (s) is preferably substantially perpendicular (or: orthogonal) to the axes of rotation of the rollers. Furthermore, the movement in particular in a vertical direction, i.e. parallel to the gravitational force. Another one too Movement type for the rollers can be advantageous, especially with asymmetrical thermal or mechanical shape or volume changes in the rolling machine, for example, a rotational or tilting movement or a translational one and rotational movement composed or along a predetermined, non-rectilinear trajectory (or: path of motion) movement the axes of rotation. The movement of the axes of rotation of the rollers can therefore with one, two or even three degrees of freedom. To basically both linear movements and swiveling movements of the axis of rotation (s) allow, an axis of rotation to be adjusted is preferably in two points of attack outside the roller moves, in particular in storage facilities of the roller can lie.
Die Drehachsen der Walzen werden im Allgemeinen auf eine wenigstens annähernd parallele Stellung zueinander eingestellt und sind in der Regel auch Hauptträgheitsachsen der Walzen, insbesondere Zylinder- oder Mittelachsen bei zylindrischen Walzen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Walzen und ihre Drehachsen, in Schwerkraftrichtung gesehen, übereinander oder vertikal zueinander angeordnet. Es ist aber auch eine horizontale oder auch schräge Anordnung der Walzen und ihrer Drehachsen möglich.The axes of rotation of the rollers are generally to an at least approximately parallel position to each other are set and are usually the main axes of inertia of the rollers, in particular Cylinder or center axes for cylindrical rollers. In an advantageous embodiment are the rollers and their axes of rotation, seen in the direction of gravity, one above the other or arranged vertically to each other. But it is also a horizontal one or also weird Arrangement of the rollers and their axes of rotation possible.
In einer besonderen Weiterbildung des Verfahrens und der Walzmaschine sind die Soll-Relativlage, Sollpositionen) oder Sollabstände der Drehachsen der Walzen abhängig von dem Material und/oder der Gestalt (oder: Geometrie) des umzuformenden Werkstück oder von der gewünschten Gestalt oder den gewünschten Abmessungen des Werkstücks nach der Umformung eingestellt. Dazu kann insbesondere die Gestalt des aktuellen Werkstücks vor der Umformphase vermessen werden. Es können aber auch die Parameter eines Werkstücks vorab anhand eines Musters eingegeben werden.In a special training of the method and the rolling machine are the target relative position, target positions) or target distances the axes of rotation of the rollers on the material and / or the shape (or: geometry) of the workpiece to be formed or of the desired Shape or the desired Dimensions of the workpiece the forming set. In particular, the shape of the current workpiece be measured before the forming phase. But you can also change the parameters of a workpiece be entered beforehand using a pattern.
Der mit dem Verfahren und der Walzmaschine durchgeführte Umformprozess kann ein Kaltumformprozess sein, ist jedoch vorzugsweise ein Warmumformprozess oder ein Heißumformprozess. Bei Warm- und Heißumformung ist die Korrektur der Walzenpositionen gemäß der Erfindung zum Ausgleich oder zur Kompensation thermischer Veränderungen besonders vorteilhaft.The one with the process and the rolling machine conducted Forming process can be a cold forming process, but is preferred a hot forming process or a hot forming process. With warm and hot forming is the correction of the roller positions according to the invention to compensate or especially to compensate for thermal changes advantageous.
Das Material des Werkstücks kann eisenhaltig sein, beispielsweise Eisen selbst oder ein Stahl sein, oder auch ein nicht eisenhaltiger metallischer Werkstoff sein, beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.The material of the workpiece can contain iron, for example iron itself or a steel, or be a non-ferrous metallic material, for example Aluminum or an aluminum alloy.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Walzmaschine als Profilquerwalzmaschine oder Querkeilwalzmaschine ausgebildet, deren grundsätzlicher Aufbau eingangs beschrieben wurde. Insbesondere weisen die Walzen also entsprechende Profil- oder Keilwerkzeuge auf und rotieren gleichsinnig zueinander, wobei das Werkstück sich nur um eine eigene Achse dreht und nicht von den Walzen translatorisch transportiert wird. Die Werkzeuge auf den Walzen sind insbesondere im Querschnitt keilförmig oder dreieckförmig und nehmen entlang des Umfangs in ihrer radialen Abmessung in einer Richtung zu und/oder verlaufen schräg zur Drehachse der zugehörigen Walze.In a particularly preferred embodiment is the rolling machine as a profile cross rolling machine or cross wedge rolling machine trained whose fundamental Structure was described at the beginning. In particular, the rollers corresponding profile or wedge tools and rotate in the same direction to each other, the workpiece itself only rotates on its own axis and not translationally from the rollers is transported. The tools on the rollers are special wedge-shaped in cross-section or triangular and take in radial dimension in one along the circumference Direction to and / or run obliquely to the axis of rotation of the associated roller.
Wenigstens ein Stellantrieb kann nun ein hydraulischer Antrieb sein. Vorzugsweise ist jedoch wenigstens ein oder jeder Stellantrieb ein elektromotorischer Antrieb, insbesondere ein Spindelantrieb. Die Genauigkeit der Stellbewegung der Stellantriebe liegt vorzugsweise im Bereich von einigen Zehntel mm oder sogar einigen Hunderstel mm, vorzugsweise wenigstens 0,1 mm, und/oder einem Tausendstel des Verstellweges oder -hubs. Damit kann auch der Toleranzbereich für die Korrektur oder Abweichung der relativen Lage der Drehachsen auf die Soll-Relativlage in dieser Größenordnung gewählt werden.At least one actuator can now be a hy be a drastic drive. However, at least one or each actuator is preferably an electric motor drive, in particular a spindle drive. The accuracy of the actuating movement of the actuators is preferably in the range of a few tenths of a millimeter or even a few hundredths of a millimeter, preferably at least 0.1 mm, and / or a thousandth of the adjustment path or stroke. The tolerance range for the correction or deviation of the relative position of the axes of rotation to the desired relative position can thus also be selected in this order of magnitude.
In einer Weiterbildung der Walzmaschine ist eine ortsfeste, nicht mit den Walzen mitrotierende oder nicht mitrotierbare Trägereinrichtung (oder: Walzengerüst, Walzengestell) vorgesehen, an der der oder die Stellantrieb(e) gelagert oder getragen ist bzw. sind.In a further development of the rolling machine is a stationary, not rotating with the rollers or not rotatable carrier device (or: roll stand, Roller frame) is provided on which the actuator (s) are mounted or is or are worn.
In einer Ausgestaltung der Walzmaschine sind für jede Walze jeweils zwei an Stirnseiten der Walze mit der Walze verbindbare oder verbundene und mit der Walze mitrotierbare oder mitrotierende Halteeinrichtungen vorgesehen. Die Verbindung der Halteeinrichtungen mit den Walzen ist vorzugsweise lösbar, um einen Wechsel der Werkzeuge oder der Walzen zu ermöglichen oder zu erleichtern. Für jede Halteeinrichtung ist ferner jeweils eine Lagereinrichtung, in der die Halteeinrichtung drehbar gelagert ist, vorgesehen. Die Lagereinrichtungen mit den in ihnen gelagerten Halteeinrichtungen wenigstens einer Walze sind mit dem oder den dieser Walze zugeordneten Stellantrieb(en) gekoppelt oder koppelbar ist und über den oder die Stellantrieb(e) bewegbar zum Verändern der Position der Drehachse der zugehörigen Walze. Insbesondere ist jede Lagereinrichtung jeweils mit einem Stellantrieb verbunden und die Regeleinrichtung steuert die Stellantriebe beider Lagereinrichtungen einer Walze entsprechend der gewünschten Bewegung der Drehachse der Walze an. Die Trägereinrichtung weist insbesondere Führungsbereiche zum Führen der Lagereinrichtungen bei deren Bewegung auf. Die Führung der Lagereinrichtungen kann durch Gleitlager oder Wälzlager unterstützt werden.In one embodiment of the rolling machine for every Roll two connectable to the roll on the end faces of the roll or connected and co-rotating or co-rotating holding devices intended. The connection of the holding devices with the rollers is preferably solvable, to enable a change of tools or rollers or to facilitate. For each holding device is also a storage device, in which the holding device is rotatably provided. The Storage facilities with the holding devices stored in them at least one roller is connected to the actuator (s) assigned to this roller is coupled or can be coupled and via the actuator (s) movable to change the position of the axis of rotation of the associated roller. In particular is each bearing device is connected to an actuator and the control device controls the actuators of both storage devices a roller according to the desired one Movement of the axis of rotation of the roller. The carrier device has in particular management areas to lead of the storage facilities during their movement. The leadership of the Bearing devices can be supported by plain bearings or roller bearings.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die Walzen mit den zugehörigen Rotationsantrieben jeweils eine Einheit, die gemeinsam von den Stellantrieben verstellbar ist. Bei Bewegung einer Walze durch den oder die zugehörigen Stellantrieb(e) bleibt somit die relative Anordnung oder Position des der Walze zugeordneten Rotationsantriebs zur Walze unverändert oder translationsinvariant. Insbesondere sind an einer der Lagereinrichtungen jeder Walze die nicht rotierenden oder rotierbaren Teile des zugehörigen Rotationsantriebs zum Rotieren dieser Walze befestigt und die mitrotierenden oder mitrotierbaren Antriebsteile des Rotationsantriebs an oder in der Lagereinrichtung drehbar gelagert sind.In a preferred embodiment form the rollers with the associated ones Rotary drives each have a unit that is shared by the actuators is adjustable. When a roller is moved by the associated actuator (s) the relative arrangement or position of the roller remains assigned rotary drive to the roller unchanged or translation-invariant. In particular, they are not on one of the bearing devices of each roller rotating or rotatable parts of the associated rotary drive for Rotate this roller attached and the co-rotating or co-rotating drive parts of the rotary drive rotatably mounted on or in the bearing device are.
Die Trägereinrichtung umfasst in einer besonderen konstruktiven Ausgestaltung vier Trägerelemente, wobei zwischen zwei der vier Trägerelementen eine der Lagereinrichtungen einer ersten der beiden Walzen und eine der Lagereinrichtungen der zweiten der beiden Walzen und zwischen den anderen zwei der vier Trägerelemente die andere Lagereinrichtung der ersten Walze und die andere Lagereinrichtung der zweiten Walze angeordnet und vorzugsweise beweglich geführt sind.The carrier device comprises in one special design four support elements, between two of the four support elements one of the bearing devices of a first of the two rollers and one the bearing devices of the second of the two rollers and between the other two of the four support elements the other bearing device of the first roller and the other bearing device the second roller and are preferably movably guided.
Die Stellantriebe für die Walzen sind im Allgemeinen an voneinander abgewandten Seiten der Walzen angeordnet, um zwischen den Walzen und seit lich davon Platz für die Werkstücke und weitere Maschinenteile zu lassen sind.The actuators for the rollers are generally on opposite sides of the rollers arranged to place between the rollers and since Lich space for the workpieces and more machine parts are to be left.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in derenThe invention is explained below of embodiments explained further. Reference is made to the drawings in which
Die dargestellte Walzmaschine gemäß
Der Abstand W zwischen den beiden
Drehachsen A und B der Arbeitswalzen
An der Außenfläche oder Mantelfläche der Arbeitswalzen
Jede der beiden Arbeitswalzen
An den Lagereinrichtungen sind Abstandssensoren
angeordnet und zwar ein erster Abstandssensor
Die Lagereinrichtungen
Es ist nun eine Kontrolleinrichtung
Die
Jede Arbeitswalze
Zum Drehen der Arbeitswalzen
Die in
Die Rotationsantriebsmotoren
Die Walzmaschine
In jedem der Trägerelemente
Die Lagereinrichtung
Jeder Stellantrieb
Die beiden Lagereinrichtungen
Es sind somit Arbeitseinheiten aus
jeweils einer Arbeitswalze
Durch Verstellen der Lagereinrichtungen
Somit kann mittels der Stellantriebe
Im Betrieb der Walzmaschine unterscheidet man wenigstens drei Verfahrensschritte oder Prozessphasen. Die drei Prozessphasen bilden einen Arbeits zyklus. In einer Serienfertigung zum Erzeugen mehrerer umgeformter Werkstücke werden in der Regel mehrere solcher Arbeitszyklen hintereinander durchgeführt.A distinction is made in the operation of the rolling machine at least three process steps or process phases. The three Process phases form a work cycle. In a series production to create several formed workpieces, there are usually several such work cycles carried out in succession.
In einer ersten Prozessphase wird
das Werkstück
In einer zweiten Prozessphase, der
Umformphase, wird das Werkstück
In einer dritten Prozessphase wird das umgeformte Werkstück wieder aus dem Zwischenraum zwischen den Walzen entnommen oder ausgeworfen. Es werden nun die Abstände w1 und w2 sowie w3 und w4 insbesondere mit einem gemeinsamen Sollabstand verglichen, so dass also eine parallele Stellung der Drehachsen A und B angestrebt wird. Bei zu großer Abweichung eines der Abstände w1 bis w4 von dem Sollabstand werden die Drehachsen A und B in der beschriebenen Weise in ihrer Lage verändert, bis die Abweichung beseitigt oder innerhalb eines Toleranzbereichs liegt.In a third process phase the formed workpiece again removed or ejected from the space between the rollers. There will now be the distances w1 and w2 and w3 and w4 in particular with a common target distance compared, so that a parallel position of the axes of rotation A and B is sought. If there is too great a deviation from one of the distances w1 to w4 the axes of rotation A and B in the described distance from the target distance Changed their position until the deviation is eliminated or within a tolerance range lies.
- 11
- Walzmaschinerolling machine
- 2,32.3
- ArbeitswalzeStripper
- 6A bis 6D6A to 6D
- Trägerelementsupport element
- 6E6E
- Bodenplattebaseplate
- 7A bis 7D7A to 7D
- Zugankertie rods
- 8A bis 8D8A up to 8D
- Führungguide
- 1010
- Werkstückworkpiece
- 12A, 12B12A, 12B
- Halteeinrichtungholder
- 13A, 13B13A, 13B
- Halteeinrichtungholder
- 16,17,18,1916,17,18,19
- LagereinrichtungStorage facility
- 20, 2120 21
- WerkzeugTool
- 22, 2322 23
- Stellantriebactuator
- 24, 2524 25
- Getriebemotorgearmotor
- 26, 2726 27
- Verstellspindeladjusting spindle
- 28, 2928 29
- Antriebswelledrive shaft
- 30, 3130 31
- WerkzeugTool
- 32, 3332 33
- Stellantriebactuator
- 34, 3534 35
- Getriebemotorgearmotor
- 36, 3736 37
- Verstellspindeladjusting spindle
- 38, 3938 39
- Antriebswelledrive shaft
- 42, 4342 43
- Rotationsantriebrotary drive
- 44, 4544 45
- RotationsantriebsmotorRotary drive motor
- 46, 4746 47
- RotationsantriebsgetriebeRotary drive gear
- 5050
- Bodenground
- 51, 5251 52
- Abstandssensordistance sensor
- 53, 5453 54
- Abstandssensordistance sensor
- 5555
- Kontrolleinrichtungcontrol device
- 6060
- Positioniereinrichtungpositioning
- 61, 6261, 62
- Positionierteilepositioning parts
- A, BA, B
- Drehachseaxis of rotation
- C, DC., D
- Antriebsachsedrive axle
- E, Fe, F
- Achseaxis
- GG
- Gravitationskraftgravitational force
- MM
- Mittelachsecentral axis
- VV
- Verstellachseadjustment axis
- PP
- Positionierachsepositioning
- ww
- Werkzeugabstandtool clearance
- w1,w2w1, w2
- Abstanddistance
- w3,w4, Ww3, w4, W
- Abstanddistance
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