DE19545177A1 - Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks - Google Patents
Verfahren zum Drückwalzen eines WerkstücksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drückwalzen eines
Werkstücks, welches gemeinsam mit einem Drückfutter in Ro
tation versetzt und durch zumindest eine Umformrolle an das
Drückfutter angedrückt und umgeformt wird, wobei vor und/oder
während des Andrückens Wärmeenergie in das Werkstück
eingebracht wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren geht aus der EP 0 451 268 A1
hervor, bei dem zur Verbesserung des Umformverhaltens des
Werkstücks Wärmeenergie mittels eines Brenners eingebracht
wird. Durch eine erhöhte Temperatur des Werkstücks können
beispielsweise während des Umformprozesses entstandene
Spannungen abgebaut werden, wodurch sich die Gefahr einer
Rißbildung oder des Brechens des Werkstücks vermindert.
Bei diesem bekannten Verfahren hat sich jedoch die Steue
rung der Einbringung einer bestimmten Wärmemenge als kom
pliziert und ungenau herausgestellt. Beispielsweise besteht
bei der Einbringung einer relativ großen Wärmemenge mit ei
nem Brenner die Gefahr, daß sich im Werkstück große Tempe
raturgradienten mit entsprechend großen Wärmespannungen
einstellen. Des weiteren kann der Werkstoffmatrix hierbei
Kohlenstoff entzogen werden, wodurch sich das Festigkeits
verhalten des Werkstücks in unerwünschter Weise verändert.
Zudem weisen Brennergase häufig Verunreinigungen, bei
spielsweise Schwefel, auf, welche das Korrosionsverhalten
des Werkstücks beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gattungsgemäßes Verfahren zum Drückwalzen zu schaffen, bei
dem eine bestimmte Wärmemenge besonders genau und zugleich
schonend in das Werkstück eingebracht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Be
reich des Werkstückes ein elektromagnetisches Feld zur in
duktiven Wärmeeinbringung erzeugt wird. Mit einem elektro
magnetischen Feld können in dem Werkstück Wirbelströme her
vorgerufen werden, die zu einer Temperaturerhöhung des
Werkstücks führen. Die Wirbelströme und die damit verbunde
ne Temperaturerhöhung sind im wesentlichen proportional zu
der Stärke des erzeugten elektromagnetischen Feldes. Das
für eine bestimmte Temperaturerhöhung notwendige Feld kann
durch bekannte physikalische Formeln ermittelt oder durch
Probeläufe experimentell bestimmt werden. Da bei dem erfin
dungsgemäßen Verfahren auf ein Brennergas ganz verzichtet
werden kann, besteht auch kaum die Gefahr von unerwünschten
chemischen Reaktionen an der Werkstückoberfläche.
Das elektromagnetische Feld kann als ein Wechselfeld oder
ein statisches Feld ausgelegt werden. Bei einem statischen
Feld ergeben sich die Wirbelströme aufgrund der Rotation
des Werkstücks innerhalb des Feldes.
Eine besonders genaue Erwärmung des Werkstückes läßt sich
dadurch erreichen, daß das elektromagnetische Feld zur Ein
bringung einer definierten Wärmemenge gesteuert wird. Das
elektromagnetische Feld kann hierbei an unterschiedliche
Gegebenheiten, etwa Werkstoff, Werkstückmaße, Umformgrad,
etc., angepaßt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens besteht darin, daß die Steuerung des elektromagne
tischen Feldes in bezug auf die Feldstärke, die Zeitdauer,
den Ort und/oder die Eindringtiefe durchgeführt wird. Diese
einzelnen Parameter können einzeln oder in Kombination
während des Umformvorganges verändert werden. Durch ent
sprechende Einstellung der Parameter kann eine gewünschte
Erwärmung in einem bestimmten Teilbereich des Werkstücks,
insbesondere der Umformzone, eingestellt werden. Diese
Teilerwärmung ist einerseits schonend für das Werkstück und
andererseits energiesparend.
Der Umformvorgang läßt sich effizient dadurch unterstützen,
daß eine Veränderung des elektromagnetischen Feldes abhän
gig vom Umformzustand des Werkstücks gesteuert wird. So
kann beispielsweise das elektrische Feld vor oder zu Beginn
des Umformvorganges mit einer hohen Feldstärke eingestellt
werden, welche dann zum Ende des Umformvorganges hin redu
ziert wird. Des weiteren kann das elektromagnetische Feld
auch in seiner räumlichen Ausdehnung an den momentanen Ver
formungszustand des Werkstücks angepaßt werden.
Eine einfache Möglichkeit zur Veränderung des elektromagne
tischen Feldes besteht darin, daß die Steuerung gemäß einem
Speicherprogramm ausgeführt wird. Ein einzelnes Speicher
programm umfaßt dabei alle relevanten Parametereinstellun
gen und gegebenenfalls deren Veränderungen im Laufe des Um
formvorganges. Sobald für ein Werkstück einmal ein Steuer
programm zur Wärmeeinbringung mittels des elektromagneti
schen Feldes ermittelt ist, kann dieses in einem geeigneten
Speicher abgespeichert werden und beliebig oft zur Bearbei
tung eines weiteren Werkstückes gleicher oder ähnlicher
Form aufgerufen werden. Das Verfahren ist so besonders
flexibel im Hinblick auf häufigen Produktwechsel.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
es vorgesehen, daß die Erzeugung des elektromagnetischen
Feldes mittels mindestens eines im Bereich der Umformrolle
angeordneten Induktors erfolgt. Dieser eine Spule aufwei
sende Induktor ist vorzugsweise sehr nah am Umfang des ro
tierenden Werkstücks jedoch mit einem gewissen Abstand von
diesem angeordnet, so daß keine Reibung auftritt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, daß
das elektromagnetische Feld abhängig von der Rotation des
Werkstücks versetzt zur Umformzone im Kontaktbereich zwi
schen Werkstück und Umformrolle erzeugt wird, so daß sich
in der Umformzone eine Erwärmung einstellt. Obwohl durch
Induktion eine sehr schnelle Erwärmung erreicht wird, wird
dennoch eine gewisse Zeitspanne benötigt, bis sich die
gewünschte Temperatur einstellt. Unter Berücksichtigung der
Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Werkstückes wird
das elektromagnetische Feld mit einem bestimmten Winkelver
satz derart vor der Umformrolle angeordnet, daß der jeweils
erwärmte Werkstückbereich bei Erreichen der Umformzone ex
akt die gewünschte Temperatur aufweist. Hierbei kann der
Umformvorgang besonders präzise durchgeführt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform be
steht darin, daß zur Steuerung des elektromagnetischen Fel
des der radiale Abstand des Induktors zum Werkstück verän
dert wird. Der Induktor kann somit auch während des Umform
vorganges des Werkstückes stets den idealen Abstand einhal
ten. Gleichzeitig kann aber auch mit einer Veränderung des
Abstandes beispielsweise die Eindringtiefe des elektromag
netischen Feldes in das Werkstück verändert werden. Somit
ist durch die mechanische Verstellung eine zusätzliche Mög
lichkeit zur Steuerung des elektromagnetischen Feldes ge
geben.
Zur Erreichung einer besonders zügigen Durchführung des Um
formvorganges ist es vorgesehen, daß das Drückwalzen mit
drei gleichmäßig am Umfang des Werkstücks angeordneten Um
formrollen durchgeführt wird, und daß die Wärmeeinbringung
durch ca. 60° versetzt zu den Umformrollen angeordnete
Induktoren erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin,
daß die Umformrolle durch das elektromagnetische Feld er
wärmt wird. So kann beispielsweise die Umformrolle selbst
zu Beginn des Umformverfahrens vor der Umformung vorgeheizt
werden, ohne daß zusätzlicher Aufwand betrieben werden muß
oder zusätzliche Apparaturen notwendig wären.
Zur schnellen Einbringung großer Energiemengen ist es
vorteilhaft, daß die Außenkontur des Induktors an zumindest
einen Konturbereich des Werkstücks angepaßt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen weiter erläutert, welche in den beigefügten Zeich
nungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung, welche zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist,
Fig. 2 eine vergrößerte Teil-Querschnittsansicht eines
Werkstücks, welches in die Vorrichtung von Fig. 1
eingespannt ist, und
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform gemäß der Ansicht
von Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Drückmaschine 10 dargestellt, welche zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Ein zu
bearbeitendes Werkstück 5a wird in der Drückmaschine 10
zwischen einem Drückfutter 13 und einem Gegenhalter 14 ein
gespannt, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist. Zur Durchführung
einer gewünschten Umformung wird das zu bearbeitende Werk
stück 5a um eine Drehachse 12 mittels des Drückfutters 13
und des Gegenhalters 14 in Rotation versetzt. Die Rotations
richtung verläuft entsprechend dem Pfeil P1 in Fig. 1.
Bei dieser Ausführungsform der Drückmaschine 10 sind an de
ren Maschinenbett 11 insgesamt drei Bearbeitungseinheiten
30 gleichmäßig beabstandet zueinander, also mit einem Win
kelversatz von 120°, entlang des Umfangs des rotations
symmetrischen Werkstücks 5 angeordnet.
Jede Bearbeitungseinheit 30 weist eine Umformrolle 31 auf,
welche um eine parallel zur Drehachse 12 ausgerichtete Ach
se 32 drehbar ist. Mittels einer Verstelleinrichtung 33
kann die Umformrolle 31 radial auf das Werkstück 5 zu oder
von diesem weg bewegt werden. Die Verstellbewegung erfolgt
in Richtung der Pfeile P2. Zum Umformen des Ausgangswerk
stücks 5a zu einem fertigen Werkstück 5, beispielsweise ein
Rad für ein Automobil, wird die Umformrolle 31 in Kontakt
mit dem Werkstück 5 gebracht. Während der Rotation des Werk
stückes 5 wird dieses durch die Umformrolle 31 in einer Um
formzone 6 gegen das Drückfutter 13 gedrückt, wobei eine
bleibende Umformung stattfindet.
Zur Verbesserung des Umformvorganges wird erfindungsgemäß
induktiv Wärme in das Werkstück 5 eingebracht. Dies ge
schieht mittels eines Induktors 20, wobei jeder Bearbei
tungseinheit 30 ein Induktor 20 zugeordnet sein kann. Die
einzelnen Induktoren 20 sind umfangsmäßig versetzt zu den
jeweiligen Bearbeitungseinheiten 30 und zum Werkstück 5 an
geordnet. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Winkel
versatz zwischen dem Induktor 20 und der zugehörigen Bear
beitungseinheit 30 ca. 60°.
Jeder Induktor 20 weist einen Induktorkopf 21 mit einer
nicht dargestellten Spuleneinrichtung zur Erzeugung eines
elektromagnetischen Feldes auf. Der Induktorkopf 21 kann
mittels einer Verstelleinrichtung 22 radial in Richtung auf
das Werkstück 5 zu oder von diesem weg entlang der Pfeile
P3 bewegt werden. Die nicht dargestellte Spuleneinrichtung
dient zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in ei
nem Teilbereich des Werkstücks 5. Durch dieses elektroma
gnetische Feld werden in dem metallischen Werkstoff des
Werkstücks 5 Wirbelströme erzeugt, die eine gewünschte Tem
peraturerhöhung des Werkstücks 5 hervorrufen.
Die Induktoren 20 sind in axialer Richtung des Werkstücks 5
in einer Ebene mit der jeweils zugehörigen Umformrolle 31
angeordnet, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. Abhängig von der
Rotation des Werkstücks 5 ist der Induktor 20 so vor der
jeweiligen Umformrolle 31 angeordnet, daß die Wärmeenergie
zeitlich versetzt in die Umformzone 6 eingebracht werden
kann. Des weiteren sind der Induktor 20 und die Bearbei
tungseinheit 30 auch längs der Drehachse 12 verstellbar.
Alle Verstellbewegungen können CNC-gesteuert ausgeführt
werden, so daß eine präzise Wärmeeinbringung und Umformung
erreicht wird.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführung des Induktorkopfs
21 des Induktors 20 dargestellt. Der Induktorkopf 21 weist
eine Außenkontur auf, die an die Kontur des Ausgangswerk
stücks 5a in der Umformzone 6 über einen größeren Bereich
angepaßt ist. Zur Einbringung großer Energiemengen bei
großen Materialquerschnitten ist die Außenkontur des
Induktorkopfs 21 so ausgebildet, daß ein im wesentlichen
konstanter Abstand zu einem Bereich des Werkstücks 5
eingehalten wird.
Claims (11)
1. Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstückes, welches
gemeinsam mit einem Drückfutter in Rotation versetzt
und durch zumindest eine Umformrolle an das Drückfutter
angedrückt und umgeformt wird, wobei vor und/oder wäh
rend des Andrückens Wärmeenergie in das Werkstück ein
gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Werkstückes (5) ein elektromagneti
sches Feld zur induktiven Wärmeeinbringung erzeugt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetische Feld zur Einbringung einer
definierten Wärmemenge gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung des elektromagnetischen Feldes in be
zug auf die Feldstärke, die Zeitdauer, den Ort und/oder
die Eindringtiefe durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Veränderung des elektromagnetischen Feldes ab
hängig vom Umformzustand des Werkstückes (5) gesteuert
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung gemäß einem Speicherprogramm ausge
führt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erzeugung des elektromagnetischen Feldes mit
tels mindestens eines im Bereich der Umformrolle (31)
angeordneten Induktors (20) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetische Feld abhängig von der Rota
tion des Werkstücks (5) versetzt zur Umformzone (6) im
Kontaktbereich zwischen Werkstück (5) und Umformrolle
(31) erzeugt wird, so daß sich in der Umformzone (6)
eine Erwärmung einstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Steuerung des elektromagnetischen Feldes der
radiale Abstand des Induktors (20) zum Werkstück (5)
verändert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Drückwalzen mit drei gleichmäßig am Umfang des
Werkstücks (5) angeordneten Umformrollen (31) durchge
führt wird und
daß die Wärmeeinbringung durch ca. 60° versetzt zu den Umformrollen (31) angeordnete Induktoren (20) er folgt.
daß die Wärmeeinbringung durch ca. 60° versetzt zu den Umformrollen (31) angeordnete Induktoren (20) er folgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umformrolle (31) durch das elektromagnetische
Feld erwärmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenkontur des Induktors (20) an zumindest
einen Konturbereich des Werkstücks (5) angepaßt ist.
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Owner name: LEIFELD METAL SPINNING GMBH, 59229 AHLEN, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |