DE19534631A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten Walzkörper - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten WalzkörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer
Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten
Walzkörper.
Ein Walzwerkzeug zum Glatt- und/oder Festwalzen mit einem in einem
hydrostatischen Lager gelagerten Walzkörper ist aus dem europäischen Patent
353 376 B1 bekannt. Dieses Walzwerkzeug wird an die Werkstückoberfläche
angelegt und beim Bearbeiten der Werkstückoberfläche derart der Oberfläche
nachgeführt, daß die Werkstückoberfläche mit einer konstanten Walzkraft
bearbeitet wird.
Dieses Walzwerkzeug ist bewährt und eignet sich für Werkstoffe, die dem
Werkzeug einen hinreichend hohen Widerstand entgegensetzen, um eine
unzulässig hohe Umformung auszuschließen. Dies trifft für Werkstoffe mittlerer
und hoher Festigkeit bzw. Härte zu. Bei Werkstoffen niedriger Festigkeit und vor
allem bei dünnen Wandstärken kann das Bearbeiten mit konstanter Walzkraft
jedoch zu unzulässigen Umformungen bis hin zur Durchtrennung des Materials
führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit denen auch
Werkstücke niedriger Festigkeit und dünne Wandstärken bearbeitet werden
können.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß das hydrostatische
Lager in einem konstanten Abstand zu einer theoretischen Werkstückoberfläche
gehalten wird und die Lage des Walzkörpers relativ zum hydrostatischen Lager
beim Bearbeiten der Werkstückoberfläche durch die Werkstückoberfläche
verändert wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine konstante Walzkraft
Abweichungen der realen Werkstückoberfläche von der gewünschten
theoretischen Werkstückoberfläche verfestigt oder sogar noch verstärkt und somit
vor allem bei dünnen Wandstärken sogar Zerstörungen des Werkstücks auftreten
können.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher vor, eine theoretische oder ideale
Werkstückoberfläche zu definieren, die bei kreisförmigen Werkstücken in den
meisten Fällen der idealen Kreislinie entspricht und bei im wesentlichen ebenen
Werkstücken einer glatten Fläche oder einer geraden Linie. Das hydrostatische
Lager, in dem der Walzkörper gelagert ist, wird in konstantem Abstand zu dieser
theoretischen Werkstückoberfläche gehalten und die Lage des Walzkörpers wird
beim Bearbeiten der Werkstückoberfläche relativ zum hydrostatischen Lager
durch das Einwirken der Werkstückoberfläche auf den Walzkörper verändert.
Dies hat zur Folge, daß bspw. in Bereichen, in denen ein rundes Werkstück den
Idealdurchmesser übersteigt, die Werkstückoberfläche den Walzkörper gegen das
hydrostatische Lager drückt und dadurch der Spalt zwischen hydrostatischem
Lager und Walzkörper verringert wird. Dadurch steigt die vom Walzkörper auf
die Oberfläche des Werkstücks ausgeübte Kraft und somit werden die Bereiche
des Werkstücks, die den Idealdurchmesser übersteigen, mit einer erhöhten Kraft
bearbeitet.
In Bereichen, in denen der reale Werkstückdurchmesser den Solldurchmesser
unterschreitet, steigt der Abstand zwischen Werkstückoberfläche und
hydrostatischem Lager und somit auch der Abstand zwischen Walzkörper und
Lager. Dadurch entweicht mehr Hydraulikflüssigkeit zwischen Lager und
Walzkörper und die Kraft, die der Walzkörper auf die Werkstückoberfläche
ausübt sinkt.
Wie der Fachmann leicht erkennt, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren
Werkstückoberflächenbereiche, die die theoretische Oberflächenform übersteigen,
stärker bearbeitet als Werkstückoberflächen, die die Sollkontur nicht erreichen.
Somit wird es möglich, auch Werkstücke mit niedriger Festigkeit oder dünnen
Wandstärken zu bearbeiten, ohne bei der Bearbeitung unzulässige Verformungen
befürchten zu müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für kreisförmige oder ebene
Oberflächen ebenso wie beliebig regelmäßig oder unregelmäßig geformte
Oberflächen, bei denen die reale Werkstückoberfläche von der gewünschten
theoretischen Werkstückoberfläche abweicht. Außerdem können in der realen
Werkstückoberfläche Vertiefungen, wie Nuten, vorgesehen sein, deren Fläche
nicht bearbeitet werden soll. In diesem Fall wird die Nut bei der Bestimmung der
theoretischen Werkstückoberfläche nicht berücksichtigt.
Vorrichtungsmäßig wird die gestellte Aufgabe mit einer gattungsgemäßen
Vorrichtung gelöst, die eine Halteeinrichtung aufweist, um das hydrostatische
Lager in einem konstanten Abstand zu einer theoretischen Werkstückoberfläche
zu halten. Dieser Abstand ist so bemessen, daß die Lage des Walzkörpers relativ
zum hydrostatischen Lager beim Bearbeiten der Werkstückoberfläche durch die
Werkstückoberfläche veränderbar ist. Die Halteeinrichtung bewegt oder hält das
Werkstück und/oder das Lager so, daß der geforderte Abstand eingehalten wird.
Zur Bearbeitung eines runden Werkstücks ist dabei der Radius zwischen
Werkstückmittelpunkt und einem oder mehreren hydrostatischen Lagern konstant
zu halten, während bei der Bearbeitung einer ebenen Fläche der Abstand
zwischen der die theoretische Werkstückoberfläche definierenden Linie und dem
hydrostatischen Lager oder den hydrostatischen Lagern konstant zu halten ist.
Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß an
einem Punkt der Werkstückoberfläche, an dem Werkstückoberfläche und
theoretische Werkstückoberfläche übereinstimmen, am hydrostatischen Lager ein
Druck eingestellt wird, der eine vorbestimmte Walzkraft bewirkt. Alternativ dazu
kann auch die Stelle einer hohen Abweichung bestimmt werden, der eine
vorbestimmte Walzkraft zugeordnet wird.
Dies wird vorrichtungsmäßig dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine Druckeinstelleinrichtung aufweist, mit Mitteln zum Vergleich
der Lage der Werkstückoberfläche mit der theoretischen Werkstückoberfläche
und Mitteln zur Bestimmung der Walzkraft.
Dadurch kann im Bereich der Übereinstimmung von theoretischer und realer
Werkstückoberfläche eine mittlere Walzkraft eingestellt werden, die während der
Bearbeitung des Werkstücks in manchen Bereichen des Werkstücks zunimmt und
in anderen Bereichen abnimmt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aber auch der Bereich der stärksten
Unterschreitung der Lage der theoretischen Werkstückoberfläche bestimmt
werden und in diesem Bereich eine maximale Walzkraft festgelegt werden, die
eine Zerstörung des Werkstücks ausschließt. Die übrigen Bereiche des
Werkstücks werden dann mit an die Oberflächenbereiche angepaßten höheren
Walzkräften bearbeitet.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die
Halteeinrichtung eine Zustelleinrichtung aufweist, um das hydrostatische Lager
in den konstanten Abstand zu bringen und in diesem Abstand zu halten.
Insbesondere bei unregelmäßigen Werkstückformen dient die Zustelleinrichtung
dazu, das hydrostatische Lager oder das Werkstück auf einer Linie zu bewegen,
die der theoretischen Werkstückoberfläche entspricht.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines hydrostatischen
Lagers mit einem ein Werkstück
bearbeitenden Walzkörper,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Werkzeug mit
hydrostatischem Lager und Walzkörper,
Fig. 3 ein Werkzeug mit mehreren hydrosta
tischen Lagern in Segmentform,
Fig. 4 ein Werkzeug mit mehreren hydrosta
tischen Lagern in Ringform,
Fig. 5 ein Werkzeug mit mehreren hydrosta
tischen Lagern in Form einer ebenen
Platte,
Fig. 6 ein Schaltbild zur hydraulischen
Versorgung des hydrostatischen Lagers,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der
Veränderung der Drücke in Abhängig
keit von der Spaltbreite und
Fig. 8 eine graphische Darstellung der
Veränderung der Walzkraft in Ab
hängigkeit von der Spaltbreite.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 dient der Bearbeitung einer
Werkstückoberfläche 2, die im vorliegenden Fall ein Kreissegment eines
geschnitten dargestellten runden Werkstücks 3 ist.
Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus dem Walzkörper 4 und einem
Walzkörperhalter 5.
Der Walzkörper 4 ist im vorliegenden Fall eine Kugel, wobei eine Ausbildung
des Walzkörpers als Rolle ebenso denkbar ist. Der Walzkörperhalter 5 weist
einen oberen schalenartigen Bereich 6 auf, in dem der Walzkörper 4 so gelagert
ist, daß er axial zur Werkstückoberfläche 2 hin im Bereich eines Hubes 7
verschiebbar gelagert ist. Auf der der Werkstückoberfläche 2 gegenüberliegenden
Seite des Walzkörpers 4 ist eine Leitung 8 für Druckflüssigkeit im
Walzkörperhalter 5 vorgesehen. In der Leitung 8 befindet sich eine Drossel 9,
die die Leitung 8 in einen ersten Druckraum 10 in Flüssigkeitsrichtung vor der
Drossel 9 und in einen zweiten Druckraum 11 hinter der Drossel teilt. Der
gesamte Walzkörperhalter 5 ist von einem Gehäuse umgeben, das als
Halteeinrichtung 12 wirkt. In der Halteeinrichtung 12 ist ein verschiebbarer Dorn
vorgesehen, der als Zustelleinrichtung 13 ein Verschieben des Walzkörperhalters
5 auf einer Linie 14 senkrecht zur Werkstückoberfläche 2 ermöglicht.
Wenn Fluid durch eine Zuführleitung 15 in den ersten Druckraum 10 gebracht
wird, entsteht im Druckraum 10 ein hoher Druck P1 und auf der anderen Seite
der Drossel 9 im zweiten Druckraum 11 ein verringerter Druck P2, der gegen
den Walzkörper 4 wirkt, der im schalenartigen Bereich 6 des Walzkörperhalters
5 gelagert ist. Durch den Druck der Druckflüssigkeit entsteht zwischen dem
Walzkörper 4 und dem Walzkörperhalter 5 ein ringförmiges hydrostatisches
Lager 16 und der Walzkörper 4 wird gegen die Werkstückoberfläche 2 des
Werkstücks 3 gedrückt. Da sich das Werkstück 3 und der Walzkörperhalter 5
relativ zueinander bewegen, rollt der Walzkörper 4 an der Werkstückoberfläche
2 ab und bearbeitet dabei das Werkstück 3.
Im vorliegenden Beispiel ist die theoretische Werkstückoberfläche 17 eine ideale
Kreislinie, wobei das Werkstück 3 in einem Bereich 18 einen überhöhten Radius
und in einem Bereich 19 einen verringerten Radius aufweist. Der Punkt 20 zeigt
einen Bereich der Werkstückoberfläche, an dem die Werkstückoberfläche 12 und
die theoretische Werkstückoberfläche 17 übereinstimmen.
Während im Bereich 20 das Werkstück 3 mit einer über die Drücke der
Druckflüssigkeit vorbestimmten Festwalzkraft 21 bearbeitet wird, erhöht sich im
Bereich 19 der Hub 7 und somit der Abstand a zwischen dem Walzkörper 4 und
dem Walzkörperhalter 5 im Bereich des hydrostatischen Lagers 16 und somit
verringert sich die Festwalzkraft 21. Im Bereich 18 wird dieser Abstand a
verringert und dadurch erhöht sich die Festwalzkraft 21 in dem Bereich, in dem
das Werkstück 3 einen erhöhten Radius aufweist.
Fig. 2 zeigt einen Walzkörperhalter 5 mit angeschlossener Druckleitung 22 und
Fig. 3 vier Walzkörperhalter, die auf einer gemeinsamen Halteeinrichtung 12′ auf
einem Kreissegment angeordnet sind. Die Walzkörperhalter in Fig. 4 sind auf
einer ringförmigen Halteeinrichtung 12′′ angeordnet und dienen ebenso wie die
Walzkörperhalter in Fig. 3 der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer
theoretischen Werkstückoberfläche, die einer Kreislinie entspricht.
Fig. 5 zeigt eine Halteeinrichtung 12′′′, bei der mehrere Walzkörperhalter 5
leicht zueinander versetzt auf einer Ebene angeordnet sind. Eine derartige
Halteeinrichtung 12′′′ dient im Gegensatz zu den vorher erwähnten
Halteeinrichtungen 12′ und 12′′ der Bearbeitung ebener Flächen.
Das in Fig. 6 gezeigte Schaltbild zeigt die Druckversorgung der Vorrichtung 1.
Die Pumpe 23 fördert Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 24 über den
Druckschlauch 22 zur Drossel 9 und letztlich zum hydrostatischen Lager 16. Ein
Überdruckventil 25 vermeidet die Überschreitung des zulässigen Systemdruckes,
der mittels eines Manometers 26 angezeigt wird.
Fig. 7 zeigt die Drücke P1 und P2 im ersten Druckraum 10 bzw. im zweiten
Druckraum 11 in Abhängigkeit von der Spaltbreite a im hydrostatischen Lager
16 zwischen dem Walzkörper 4 und dem Walzkörperhalter 5. Dabei ist deutlich
zu erkennen, daß bevor ein Spalt entsteht, die Drücke in beiden Druckräumen 10,
11 identisch sind und bei einer kleinen Spaltbreite vor allem der Druck P2 im
zweiten Druckraum 11 stark abfällt, während der Druck P1 im ersten Druckraum
10 vor der Drossel 9 nur geringfügig abfällt. Bei einer Erhöhung der Spaltbreite
a sinkt der Druck im zweiten Druckraum 11 auf einen Wert nahe Null während
sich der Druck P1 vor der Drossel asymptotisch einem konstantem Wert
annähert.
Fig. 8 zeigt die Veränderlichkeit der Festwalzkraft 21 in Abhängigkeit vom
Abstand a im hydrostatischen Lager 16. Während ein kleiner Abstand a1 eine
relativ hohe Festwalzkraft F2 bewirkt, sinkt die Festwalzkraft auf einen
niedrigeren Wert F1, wenn sich der Spalt a vergrößert. Die Festwalzkraft 21 ist
dem Druck P2 im zweiten Druckraum 11 proportional. Da sich der Abstand a
nur in einem durch den Walkörperhalter 5 bestimmten Bereich ändern kann, ist
durch die Einstellung der Drücke ein bestimmter Bereich festgelegt, in dem die
Festwalzkraft variiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vor allem zur Massivumformung
dünnwandiger Bauteile aus Werkstoffen niedriger Festigkeit, wobei das
erfindungsgemäße Verfahren die Einhaltung der Fertigtoleranz des Bauteils
unabhängig von Abweichungen im vorbearbeiteten Zustand erleichtert. Ein
weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet liegt im Bereich des Glattwalzen
unterbrochener Oberflächen. Bei dieser Anwendung verhindert das
erfindungsgemäße Verfahren das unerwünschte Eindringen des Walzkörpers 2 in
Unterbrechungen der Werkstückkontur, wie dies bspw. Nuten und
Querbohrungen darstellen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche (2) mit einem in
einem hydrostatischen Lager (16) gelagerten Walzkörper (4), dadurch
gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (16) in einem konstanten
Abstand zu einer theoretischen Werkstückoberfläche (17) gehalten wird
und die Lage des Walzkörpers (4) relativ zum hydrostatischen Lager (16)
beim Bearbeiten der Werkstückoberfläche (2) durch die
Werkstückoberfläche (2) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Punkt
(20) der Werkstückoberfläche (2), an dem Werkstückoberfläche (2) und
theoretische Werkstückoberfläche (17) im wesentlichen übereinstimmen,
ein hydrostatischer Druck eingestellt wird, der eine vorbestimmte
Walzkraft bewirkt.
3. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche (2) mit einem in
einem hydrostatischen Lager (16) gelagerten Walzkörper (4), dadurch
gekennzeichnet, daß sie eine Halteeinrichtung (12) aufweist, um das oder
mehrere hydrostatische Lager (16) in einem konstanten Abstand zu einer
theoretischen Werkstückoberfläche (17) zu halten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine
Druckeinstelleinrichtung (23, 25, 26) aufweist, mit Mitteln zum
Vergleichen der Lage der Werkstückoberfläche mit der theoretischen
Werkstückoberfläche und Mitteln zur Bestimmung der Walzkraft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halteeinrichtung (12) eine Zustelleinrichtung (13) aufweist, um das
hydrostatische Lager (16) in den konstanten Abstand zu bringen und in
diesem Abstand zu halten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995134631 DE19534631A1 (de) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten Walzkörper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995134631 DE19534631A1 (de) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten Walzkörper |
Publications (1)
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DE19534631A1 true DE19534631A1 (de) | 1997-03-20 |
Family
ID=7772508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1995134631 Withdrawn DE19534631A1 (de) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einem in einem hydrostatischen Lager gelagerten Walzkörper |
Country Status (1)
Country | Link |
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